FPSO软刚臂单点系泊系统动力分析

本文针对渤海油田浅水FPSO软刚臂单点系泊系统,利用多刚体动力学的分析方法,建立软刚臂系泊系统动力方程进行受力分析,得到FPSO在风浪流中运动时转塔上的系泊力,并与模型试验实测得到的系泊力进行对比,以验证动力方程与计算程序的正确性.二者对比的结果吻合良好,动力分析方法正确,故可应用于对系泊系统的模拟和对FPSO运动中系泊系统的受力预测.     

水深对水上软刚臂单点系泊系统影响研究

在渤海海域服役的大型FPSO作业水深较浅,水深的变化会直接影响FPSO运动性能。为研究水深对FPSO附加质量、阻尼系数、运动幅度以及波浪力等水动力参数的影响,应用AQWA软件,基于三维势流理论,求解FPSO各项水动力参数;利用多体动力学方法,建立FPSO和软刚臂系统的耦合时域运动方程,求解FPSO的六自由度运动及系泊载荷。计算结果表明,附加质量在低频范围内对水深更为敏感;随着水深的减小,6个自由度上的阻尼呈均增大,且在低频时变化比较明显;纵荡响应幅值在低频时远大于高频;随着水深的减小,纵荡运动极值和系泊力均显著增大,各运动平均值有所增大。     

软刚臂结构形式对应FPSO吨位的适用范围

根据示范工程平台服役海域环境条件以及平台对系泊可靠性的要求,通过建立软刚臂单点系泊系统数学模型以及采用MATLAB软件进行数值计算,推导出系泊力、平台水平位移与软刚臂结构形式之间的关系;通过系泊力、平台水平位移的数值解,确定不同吨位的FPSO适用的最佳软刚臂结构形式,当FPSO吨位较大时,选取横舱式能较好地满足系泊要求;当FPSO吨位较小时,选取双瓶式结构较能满足系泊要求。     

浅水单点系泊FPSO软刚臂参数敏感性分析

软刚臂单点系泊FPSO是浅水油田广泛采用的油气开采设备。为研究单点系泊系统的受力性能,针对一艘作业于浅水油田的16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,在时域内计算软刚臂单点系泊系统（SYMS）的动力响应特性;并进行软刚臂单点系泊系统参数敏感性分析,研究软刚臂系泊系统的系泊点高度、系泊刚架高度、软刚臂长度、系泊腿长度、压载舱重量等设计参数的变化对系统动力响应性能的影响。结果表明：单点载荷和系泊腿轴向载荷随着系泊点高度、系泊刚架高度和压载重量的增加先减小后增大,而随着软刚臂长度、系泊腿长度的增加则是先增大后减小;且单点载荷对软刚臂长度和压载重量这2个参数的变化最为敏感,而系泊腿轴向载荷则对系泊刚架高度、软刚臂长度这2个参数的变化最为敏感。     

单点系泊船体对艉部推力需求分析

由软刚臂系泊的浮式生产储存卸货装置(FPSO)在渤海海域应用十分广泛,艉部推力在软钢臂的安装与解脱、自航、定点排污和避碰等作业中发挥着重要的作用。采用数值模拟方法分析艉部推力对FPSO的自航能力、系泊状态下纵向和横向运动及水平系泊力、自由状态下的运动产生的影响,从而论证艉部推力存在的必要性。结果表明:艉部推力可为FPSO提供自航能力,对系泊状态下的纵向运动影响很小,反而会增大水平系泊力,对横向运动和自由状态下的运动影响显著。     

“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析

国内有多艘大型软刚臂系泊FPSO在浅水服役,或多或少均存在一定故障,因此浅水FPSO水动力性能和安全问题受到广泛重视。"海洋石油112"号FPSO软刚臂单点系泊系统位于渤海浅水水域。文中对该单点系泊系统进行了系泊分析数值模拟,并与水池试验结果进行对比,验证三维动力响应数值模拟在浅水中应用的准确性。     

软刚臂单点系泊系统系泊力计算两种方法对比

为比较软刚臂单点系泊系统系泊力计算中的两种不同方法,运用ANSYS-AQWA软件,基于三维势流理论基础,应用源汇分布法,分别采用频域和时域方法,计算某FPSO的运动响应和系泊力,讨论了两种方法的优缺点。频域方法基于准静态,按照CCS规范进行,方法简单,误差较大,适用于初步方案设计阶段;时域动态方法基于多体动力学,充分考虑系泊系统的结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,对FPSO及系泊系统进行耦合分析,能更好的预报系统的运动响应和系泊力,适宜在详细设计阶段使用。     

可调式水下软刚臂单点系泊方案试验研究

针对渤海浮式生产储卸油轮(FPSO)浅水系泊,提出一种简易可调节式水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案。该方案对传统单点进行改进,将军柱移到水下,无水上系泊塔,减小了载荷作用;其系泊臂为水下可调节刚性结构,可按作业水深调节FPSO的铰接点。对方案进行模拟试验,包括FPSO满载和压载、百年一遇和作业工况。试验主要考察方案运动和系泊力并与理论计算进行对比分析。结果显示:试验值大多小于理论值,它们的误差除横荡在15%左右外,其余误差基本在9%以内。     

基于ADAMS的塔架软刚臂单点系泊系统多自由度运动特性

本文针对塔架软刚臂单点系泊系统与船体的相互耦合运动展开研究,采用ADAMS对软刚臂系统多自由度运动特性进行预测分析。分析发现,当船体横向运动时,软刚臂系统刚度和纵向时的变化趋势是一致的,相同位移下,其数值远小于纵向运动时的刚度。随着船体正向运动位移的增加,2条系泊腿的姿态逐渐不同,左系泊腿随着软刚臂自转,出现向上翘起,张力大于右系泊腿。通过船体纵向运动碰撞分析发现,船体靠近导管架8.19 m时,软刚臂与船船首甲板发生碰撞,其碰撞力达到8 251 N,这有利于对系泊系统进一步优化设计。     

水下软刚臂单点系泊研究

针对渤海浅水边际油田开采工程,提出一种可调节系泊臂铰接点高度的水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案,无水上系泊塔,将军柱在水下,可根据作业水深调节系泊臂与船艏系泊支架的铰接点,能反复利用。水动力分析、数值计算和模型试验结果显示:数值计算和模型试验数据接近,系泊力和纵荡的误差在合理范围内,表明系泊方案计算合理。     

浅水FPSO垂荡和纵摇运动的低频响应

对软刚臂系泊FPSO在浅水不规则波作用下的垂荡和纵摇运动响应进行数值计算与模型试验研究,水深16.7 m.试验中的波浪校验结果显示,在波浪谱中出现明显低频长波成分.计算结果与试验结果均显示,垂荡和纵摇波浪力、运动响应既有传统的波频成分,也出现显著低于波浪频率的低频成分,而且低频响应的能量和幅值甚至会远大于波频响应.垂荡和纵摇运动的低频响应不具有能量集中的共振频率,而是具有较宽的低频能量分布.这种显著低频响应的出现,与浅水中低频长波的存在有关,表明其不仅对系泊FPSO水平面运动性能影响极大,也会显著影响垂荡和纵摇这类垂直面运动的波浪力和运动响应,在理论预报时需要予以重视.     

软刚臂式单点系泊系统现场监测技术开发应用初探

我国海洋石油平台的现场监测,目前主要集中于固定式平台,对于浮式生产储油船(以下简称FPSO)系泊系统监测尚属首次.文章针对渤海某塔型水上软刚臂式系泊FPSO现场监测系统的开发与应用做了详细介绍,该技术对FPSO生产及类似系泊系统的监测都具有借鉴和指导意义.     

软刚臂单点系泊装置对小型浮式平台性能影响研究

软刚臂单点系泊是浅水海域FPSO重要的系泊方式之一,其结构尺寸及重量较大。通常FPSO排水量较大,软刚臂单点系泊装置对其影响可忽略不计。当软刚臂单点系泊装置用于排水量较小的浮式平台时,其对浮式平台的影响不可忽略。为研究单点系泊装置对小型浮式平台性能的影响,运用AQWA软件,基于耐波性理论基础,分别计算浮式平台在单点系泊状态和顺应式系泊状态下的频响及固有周期;采用时域分析方法,分别计算浮式平台在2种系泊状态下的运动响应。计算结果表明,单点系泊装置会减小浮式平台横摇频响峰值,增大其对应的周期,对纵摇和垂荡的频响影响不大;明显增大横摇和纵摇的固有周期,略微减小垂荡的周期,增大3个运动量的阻尼;增大横摇和垂荡的平均值以及垂荡的幅值,2种系泊方式对横摇和纵摇幅值的影响与风浪流方向分布有关。     

软刚臂系泊LNG-FSRU水动力模型试验研究

LNG-FSRU采用软刚臂单点系泊系统定位于特定海域在风、浪、流联合作用下进行作业,其运动非常复杂,必须进行水动力性能研究.本文针对35万立方米超大型LNG-FSRU,采用软刚臂单点系泊系统定位方式,开展了风、浪、流联合作用下水动力模型试验研究.软刚臂系泊系统软中各构件间的连接方式及Yoke重量相似是模型试验的关键,试验对该系泊系统的相似性进行了模拟,并将试验结果与数值计算结果进行了对比分析,结果显示,软刚臂系泊系统刚度曲线呈现非线性,试验结果与数值结果吻合良好,表明试验中对于软刚臂系泊系统的模拟是合理的,反映了LNG-FSRU在风、浪、流联合作用下的运动特性.     

正交试验法在软刚臂单点系泊设计中的应用

软刚臂单点系泊系统广泛应用于浅海石油开发领域,软刚臂主尺度的确定是单点系泊设计的关键。设计包括软刚臂长度、系泊腿长度和压载水重量的三因素五水平正交试验,基于多体动力学方法建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用动力分析方法计算不同试验条件下的系泊力,研究三因素对系泊性能的影响。得到三因素对系泊力影响程度依次为软刚臂长度、压载水重量、系泊腿长度,从而确定软刚臂最优主尺度,可为单点系泊系统初步设计工作中的主尺度优化提供一定的参考。     

基于神经网络和遗传算法的系泊线长度参数优化

摘 要: 针对多成分系泊线三段长度如何取值的问题,采用一种基于神经网络和遗传算法对深海多成分锚泊系统长度进行优化。应用AQWA软件计算多点系泊FPSO,其时域结果直接用于训练BP神经网络。从而利用神经网络的非线性映射功能构建替代锚泊时域计算网络,大大缩短了优化所需的时间。以FPSO最小平面运动值为目标函数,锚链破断强度作为约束条件,采用遗传算法优化系泊长度。计算结果表明,与传统设计的锚泊长度相比,优化后FPSO在各个浪向下纵荡横荡值均能减少20%以上。 关键词:系泊;神经网络;遗传算法;优化     

连接缆形式对旁靠外输安全的影响分析

联合考虑FPSO与穿梭油船之间的水动力耦合效应,以及船体与软刚臂系泊系统、连接缆、旁靠靠球之间的相互作用,基于三维势流理论对软刚臂系泊FPSO旁靠外输作业进行多浮体水动力响应时域分析。针对耦合外输系统中的连接缆,分析缆绳刚度、绳长和布置形式的改变对缆绳安全系数的影响。通过不同环境组合下两种典型装载工况结果分析表明:加粗连接缆、交叉布缆、以及调整连接缆长度使得连接缆受力均衡可以有效地提高系统作业安全性。     

不同阻尼板形式对圆筒型FPSO平台运动性能的影响

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）运动响应进行优化，提出带有2种新型垂荡抑制结构的圆筒型FPSO，即上扬边锋型圆筒FPSO和锯齿型圆筒FPSO。通过频域分析获得2种新型结构的幅频响应函数，初步对比判断2种新型结构运动性能的优劣，在此基础上，设计新型圆筒FPSO系泊系统并进行时域耦合分析，将计算结果与试验数据进行对比验证，在证实数值模拟准确性的同时分析新型结构的阻尼特性，得到较优的垂荡抑制结构形式。结果显示，所述的锯齿型垂荡抑制结构可有效减小纵荡和纵摇的运动幅值及幅值发生概率，降低纵荡和纵摇运动能量产生，改善整体运动性能。     

极浅水单点系泊FPSO低频响应分析

对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究,水深16.7m,入射波有义波高4.1m.计算结果与试验结果符合良好.试验中的波浪校验结果显示,在不规则波浪谱中出现明显的低频成分.由此产生了一阶低频波浪力,其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍,导致FPSO在极浅水中所受低频波浪力大大增加,并引起极大幅度的共振纵荡运动响应.极浅水时,低频纵荡运动响应主要是一阶的,二阶成分几乎可以忽略,而且与深水相比,由于阻尼和二阶波浪力同时增加,二阶响应变化不大.低频浅水长波和一阶低频波浪力及其诱导大幅运动响应会给极浅水FPSO和系泊系统设计带来严重影响,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑.     

单柱式浮式风力机动力响应数值与试验分析

以200 m作业水深的5 MW OC3单柱式浮式风力机为研究对象,采用FAST程序对其在不同海况下的运动进行全耦合时历数值计算,并与采用1∶50缩尺比模型试验所得时历结果进行对比,通过时域以及频域方法对平台主要自由度运动以及系泊拉力进行分析。研究发现:垂向运动带来的自由面记忆效应较纵向和横向小;悬链线式模型所能提供的系泊拉力较张紧式系泊提供的拉力小;风浪联合作用下,风载荷主要激励低频固有频率运动,波浪载荷则主要激励波频运动;平台纵荡和纵摇运动受系泊系统的影响较大,而垂荡运动则不受系泊系统的影响。