运动抑制装置对圆筒型浮式平台运动响应的影响

针对垂荡运动性能不佳,限制圆筒形FPSO在海上油气开发大范围应用的技术瓶颈,在平台底部增加延伸筒体与阻尼结构,提升圆筒型FPSO水动力性能,降低其垂荡幅值以满足干式采油装备的要求,基于三维势流理论,建立带有运动抑制装置的圆筒形FPSO水动力分析模型,分析运动抑制系统的不同高度、宽度、截面形状和通海情况对圆筒形FPSO的水动力性能影响,对比采用不同运动抑制装置的圆筒型运动幅值响应传递函数发现,增加阻尼孔使运动抑制装置内部与外界海水相联通,可以改善圆筒型FPSO的水动力性能,适当增加阻尼结构的高度、宽度有利于增大FPSO的垂荡运动固有周期,可避开南海海域百年一遇海况的波浪周期范围,起到抑制圆筒型FPSO运动的效果。     

圆筒形FPSO在南海的作业效率分析

圆筒形FPSO(Floating Production Storage and Offloading),即浮式生产储油卸油装置,已在国外多个海况恶劣油田投入使用。该装置通过相关试验,其在恶劣海况下的运动性能非常好,适合油田生产。我国南海海域海况恶劣,冬季受强烈东北季风影响,夏季受内波流影响。对我国南海海域圆筒形FPSO进行投入前期研究,尤其是针对圆筒形和船型这两种FPSO在目前南海海域的外输可作业率比较,得出相对客观的研究结果,将会给决策层起到重要参考作用。     

新型圆筒型FPSO运动抑制结构的优化设计

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）垂荡运动性能较差等问题，设计具有通海形式的延伸筒体与减动结构的新型圆筒型FPSO。通过建立水动力分析模型，对不同运动抑制结构模型的垂荡与纵摇的固有周期和运动响应幅值算子（RAO）进行数值计算，对运动抑制结构型式的延伸筒体和阻尼孔进行优化设计。在时域耦合分析中，结合我国南海环境，通过设计合理的系泊系统，得到新型圆筒型FPSO的运动的响应历程，并对系泊系统进行安全校核。结果表明，延伸筒体高15 m、阻尼孔直径1.0 m为优化后的构型，该构型能节约成本、满足项目设计要求以及南海百年一遇的生存工况。     

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。     

FPSO与穿梭油轮的耦合水动力及运动响应研究

为探明通用型FPSO与穿梭油轮串靠外输模式下耦合水动力及运动响应特性,利用Aqwa软件,对通用型FPSO与穿梭油轮进行频域水动力分析,得到FPSO与穿梭油轮的水动力响应数据。选取墨西哥海域典型外输状态海况条件,开展FPSO与穿梭油轮系泊状态下耦合运动响应的数值预报,分析FPSO与穿梭油轮的间距、海况、装载工况等因素对运动响应及系泊系统载荷的影响。本文研究成果对通用型FPSO与穿梭油轮外输作业时选取合理的海况和间距具有指导意义,同时可用于指导系泊系统的设计。     

基于砰击载荷的FPSO结构非线性响应研究

以国内某圆筒形FPSO为研究对象,基于砰击试验包络载荷结合DNVGL规范获取载荷时历曲线,通过ABAQUS/Explicit显示积分求解动态有限元模型,计算结构非线性响应,校核结构安全性,并分析砰击载荷爬升时间对结构响应的影响.研究发现：砰击载荷作用下圆筒形FPSO结构塑性主应变满足规范衡准要求,且安全裕度大;砰击载荷爬升时间越短,材料应变率越高,塑性变形更加集中于某一局部区域,局部塑性变形变大,结构应力提高.文中的校核流程及计算结果为砰击载荷作用下FPSO安全评估和结构设计提供一定的指导.     

圆筒形浮式生产储油装置结构设计及轻量化

对某圆筒形浮式生产储油装置(Floating Production,Storage and Offloading,FPSO)进行概念设计,通过计算和分析,掌握此类装置的设计方法和要点。通过对不同设计工况进行分析比较,得到其设计控制载荷为构件设计压力的结论。此外,圆筒形FPSO全船有限元分析结果表明,阻尼板与船体外壳连接区域相对应力较高,需重点关注。根据结构分析结果,对几种不同布置和分舱的设计方案进行对比,得到圆筒形FPSO整体设计轻量化的优化思路,可供相关海洋工程设计人员参考。     

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。     

FPSO的UPS系统及其蓄电池的设计

基于FPSO项目,讨论UPS系统及其蓄电池的设计应用.针对UPS电源系统的必要性、UPS系统的结构、UPS的设计与选择、蓄电池的设计与选择及其布置原则,通过对相应规范的剖析及实船数据的验证,总结出FPSO上UPS系统的一套设计选型方法.对新建和改装FPSO项目的UPS系统设计具有一定的指导作用.     

圆筒型FPSO在波浪中运动响应特性研究

圆筒型FPSO作为一种新型海洋工程装备,逐渐被应用于全球海洋油气资源的开发。该文以适用于南海深水油气田开发的圆筒型FPSO为研究对象,基于三维势流理论和莫里森（Morison）方程,采用Sesam软件建立圆筒型FPSO的湿表面模型和水动力计算模型,并对圆筒型FPSO在波浪中的频域运动响应特性进行计算,将载重量相近的圆筒型FPSO与船型FPSO的纵摇、横摇和垂荡运动响应进行对比研究,结果表明圆筒型FPSO的运动特性优于船型FPSO。该文同时也对不同船体直径、阻尼板直径、船体吃水以及环境条件重现期下的圆筒型FPSO垂荡运动响应进行研究,研究结果对于圆筒型FPSO的总体设计具有重要指导作用。     

极端海况下深水单点系泊系统FPSO运动响应分析

针对500年一遇的极端海况条件,对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究,为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据.基于水动力计算软件AQWA和ORCAFLEX,分别研究了500年一遇海况波浪主控环境条件、风主控环境条件、流主控环境条件对15万吨深水单点系泊FPSO运动响应的影响.计算结果表明:压载状态下运动响应幅值普遍大于满载状态下的运动响应幅值,波浪主控环境条件对FPSO运动响应的影响要明显大于风流主控环境条件,且风浪流成夹角作用时FPSO运动响应更大.     

内转塔式单点系泊系统敏感性研究

本文以我国南海某条FPSO的内转塔式单点系泊系统为例,研究内转塔式单点系泊的不同参数对于FPSO的运动和系泊张力的影响,确定单点系泊系统不同参数的敏感性。本文从系泊系统材料、系泊系统重量以及系泊缆预张力3个方面考虑其对系泊系统受力及FPSO的运动等设计参数进行敏感性分析。通过分析确定了FPSO的运动和单点系泊系统的动力响应对于系泊系统不同参数的敏感程度。     

南海小型FPSO系泊系统设计

针对南海恶劣海况下的边际油田环境条件,设计小型FPSO采用聚酯缆型材料的永久多点系泊系统,水动力分析和系泊校核计算表明,小型FPSO水动力性能良好,在生存、作业环境中的完整和破断工况下,系泊系统的最大系泊力和最大位移均满足规范要求。     

浮式生产储油系统的水池模型试验研究

浮式生产储油系统(FPSO系统)问世二十多年来,已成为当今海洋石油开发的主流设施,在我国也有广泛应用.海洋工程水池模型试验是当今研究FPSO系统水动力性能最为可靠的办法.本文针对FPSO系统模型试验的作用与目的,以及海洋工程水池模型试验中的几个关键问题,包括试验海况的选择、模型缩尺比的选择、试验持续时间的选取、系泊系统和立管系统的模拟及尺度效应问题等,进行了阐述,供FPSO系统设计和研究时参考.     

新型沙漏式FPSO的浮体外形参数对水动力性能的影响

为了解决传统船型和已有圆柱筒状FPSO的性能局限,论文提出了一种具有沙漏型浮式主体的新概念FPSO。根据所研发的新型沙漏式浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数。然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型沙漏式浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面半径等)对浮体水动力性能的影响,得到一些有意义的结论,以期能够为新型沙漏式FPSO的主浮体外形设计提供参考依据和准则。     

内转塔式单点系泊系统敏感性研究

本文以我国南海某条FPSO的内转塔式单点系泊系统为例,研究内转塔式单点系泊的不同参数对于FPSO的运动和系泊张力的影响,确定单点系泊系统不同参数的敏感性.本文从系泊系统材料、系泊系统重量以及系泊缆预张力3个方面考虑其对系泊系统受力及FPSO的运动等设计参数进行敏感性分析.通过分析确定了FPSO的运动和单点系泊系统的动力响应对于系泊系统不同参数的敏感程度.     

浅水FPSO船型主尺度对运动和触底的研究

本文根据有关FPSO浅水效应的研究成果,针对渤海P1-19-3油田的工程开发而提出的FPS0主尺度设计方案,增大了设计满载吃水和型宽,提高了经济效益.本文利用时域模拟计算和模型试验等研究方法,对FPSO两种方案在百年一遇风浪流组合环境条件中的运动响应,是否触底等关系到系统安全和作业效率的重大技术问题进行了系统研究.本文的研究结果对FPSO的设计以及运动分析有一定的指导意义.     

南海中等水深边际油田浮式生产储油装置设计方案

针对南海中等水深边际油田开发需求,结合国内外相似工程案例,通过方案比选,确定多边形FPSO浮体形式。以南海海况和边际油田油藏为基础,进行主尺度、舱容、总布置、稳性、运动性能、多点系泊、海管海缆以及2点外输设计。结果表明,多边形FPSO能够适用于南海的海况,满足生产的功能需求和规范要求,是值得深入研究的工程方案。     

高温及油气爆炸载荷作用下FPSO生活楼结构动态响应研究

以典型FPSO生活楼结构为研究对象,针对火灾后发生爆炸事故的工况,开展油气火灾爆炸下结构动态响应数值仿真研究,分析高温对结构抗爆性能的影响.在此基础上,研究规范规定的抗火标准下的FPSO生活楼结构抗爆性能,并绘制了结构抗爆性能P-I曲线.结果表明:生活楼结构温度较常温相对差值小于140℃时,在油气爆炸下生活楼结构损伤与常温下无明显差异;当温差接近600℃时,油气爆炸载荷下受火区域损伤变形远大于常温区域结构.通过绘制FPSO生活楼结构对应的抗爆P-I曲线可以快速、准确的评估生活楼结构的损伤情况.     

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。