FPSO系泊系统载荷计算与分析——基于南海"奋进号"FPSO运动特性实船测量结果

通过实船测量获得了"天鹅"和"彩虹"台风过境过程中南海"奋进号"FPSO运动响应数据.根据实船测量数据,对业界普遍采用的FPSO水动力性能分析数值模型进行了修正.利用修正后的模型,将实船测量获得的船体运动响应数据作为输入项,采用非耦合数值分析技术对南海"奋进号"FPSO系泊系统在实际海况下的载荷进行了计算,并对其在恶劣...     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。     

通过优化配载提高FPSO应对超强台风能力的思路与方法探讨——以“海洋石油111”FPSO为例

以"海洋石油111"FPSO为例,综合考虑FPSO稳性、强度和系泊系统设计强度,通过水动力计算、系泊分析得出百年一遇各种风浪流组合环境下多种配载工况对系泊系统产生的最大系泊张力和FPSO系泊塔中心最大水平漂移距离,筛选出台风期间FPSO有利配载工况,在此基础上推算现有系泊系统能够承受的超过百年一遇设计条件的台风等级,为台风期间现场优化配载和决策提供参考。     

本期导读

正海洋工程OFFSHORE ENGINEERING超大型FPSO船体建造或改造完工下水后,通常要在码头系泊1～2年来进行上部模块安装、舾装、调试和试验等,系泊期间可能遭遇台风等极端恶劣天气,造成经济损失和人员伤亡。为确保FPSO码头系泊设计安全可靠,《超大型FPSO码头系泊设计分析》一文对FPSO进行了模型风洞试验,测得FPSO     

多点系泊FPSO串靠外输作业安全距离研究

针对1 500 m水深的多点系泊FPSO串靠外输作业方案,研究适用于中国南海不同重现期风浪流极值环境海况下的外输安全距离。先基于三维势流理论利用SESAM软件对FPSO外输作业过程中所需的穿梭油轮进行水动力特征分析,得到船舶在风浪流载荷作用下的位移。再利用Or-caFlex软件对外输作业系统整体进行多体耦合的时域模拟,并分别对挪威北海和中国南海的外输安全距离进行估算。研究结果表明:过分纵荡可以作为估算安全距离的方法之一;针对中国南海北部重现期为1 a一遇的海况条件,外输作业安全距离推荐为68 m;当中国南海北部海域重现期为10 a一遇时,外输作业安全距离推荐为105 m。研究结果有助于FPSO外输作业安全距离的进一步研究,对降低外输作业过程中的碰撞风险具有实际意义。     

深水FPSO船体与系泊的时域耦合分析

为了得到特定海况下合理的系泊方式,基于时域耦合理论,采用SESAM软件建立FPSO船体和系泊系统的耦合分析模型,从FPSO船体的运动响应和系缆张力两个角度,分别研究了张紧式系泊和悬链式系泊、单点系泊和多点系泊、单点系泊组式和分式布置、张紧式系泊张紧角、单点系泊风浪流夹角,以及月池开孔等因素对FPSO动力响应的影响。结果表明,对工作于恶劣海况的FPSO采用单点张紧式系泊的组式布置更为合理。且张紧角在30°~45°之间时,FPSO运动位移和系缆张力均在安全范围内,FPSO水平运动对风载荷较为敏感,系缆张力值对流的入射方向较为敏感。     

FPSO单点系泊监测系统设计与应用

回顾了我国渤海、南海单点系泊系统应用现状,通过典型单点系泊系统事故分析,总结了FPSO单点系泊系统失效原因和关键风险点。以我国常用的软刚臂式和内转塔式2种单点系泊系统为例,分别建立了包括海洋环境、FPSO水动力性能和系泊系统受力等信息在内的单点系泊监测系统,可为作业者提供决策支持;通过对比系泊系统现场工作性能与设计指标测量数据,可验证系统设计的优劣,为今后设计提供改进意见。目前"海洋石油113"、"海洋石油112"FPSO均已安装单点系泊监测系统,为油田安全生产提供了重要支持。     

国内FPSO码头临时系泊分析研究

本文以浮式生产储油船码头临时系泊为研究对象,设计了不同风速下临时系泊方案,考虑风速变化对系泊方案的影响以便节约系泊系统布置时间,建立了临时系泊数值模拟模型,同时分析了不同风速临时系泊方案下系泊缆绳及码头系缆桩受力情况,确定危险工况进行破断分析,并总结和分析了系泊系统受力规律,对于台风工况下FPSO码头临时系泊可能出现的问题提出了一些建议。     

浅水恶劣环境下单点系泊系统设计

随着海洋石油资源的开发,内转塔单点系泊逐渐成为恶劣环境下FPSO定位的主流系泊方式之一。无论是可解脱系泊系统还是永久式系泊系统,内转塔单点系泊的水深适应性都得到了广泛的认可。然而,对于浅水下的内转塔单点系泊设计有着如下的挑战:恶劣的自然环境使得FPSO具有较大的低频漂移运动,系泊系统需要有足够的恢复力特性。该文针对中国南海水深为90m左右的FPSO设计内转塔单点系泊系统,该FPSO为新建15万吨级FPSO,使用内转塔单点系泊系统定位。针对设计恶劣的环境条件(500年一遇)设计了系泊系统,进行扫略分析并进行了立管校核。计算结果表明:该系泊系统性能良好,满足规范和立管设计要求。     

浮式生产储油装置(FPSO)造价影响分析及综述

根据浮式生产储油装置(FPSO)基本构成,对影响各个组成部分(主要包括船体、系泊系统和上部模块三部分)造价的因素逐一归纳分析;举例对比南海和渤海FPSO造价,总结分析整体FPSO中船体、系泊系统和上部模块三部分所占造价比例,并对比分析不同海域的典型FPSO的造价,从整体上对FPSO的造价因素进行阐述,为海上油田开发采用FPSO方案提供参考和指导。     

本期导读

正研究探讨RESEARCH DISCUSSION多点系泊超大型FPSO作业于有主控波浪等环境荷载方向、环境条件较温和的特定海域。掣链器将系泊荷载传递至船体结构上。《FPSO多点系泊掣链器基座结构分析》一文,以一艘深水超大型FPSO多点系泊掣链器及基座为研究对象,介绍了多点系泊的总体方案和基本设计、详细设计成果,分析了采用企业标准、船级社规范等对多点系泊系统设计和分析工况的要求。运用时域耦合水动力分析方法,计算了系泊缆准动态最大拉力和掣链器与船体结构界面处的荷载。运用有限元分析方法,分析了掣链器、基座及船体的结构强度,确定了系泊荷载对FPSO船体结构的影响范围,预测了掣链器基座和FPSO船体结构的疲     

FPSO多点系泊掣链器基座结构分析

多点系泊超大型FPSO作业于有主控波浪等环境荷载方向、环境条件较温和的特定海域。掣链器将系泊荷载传递至船体结构上。以一艘深水超大型FPSO多点系泊掣链器及基座为研究对象,介绍了多点系泊的总体方案和基本设计、详细设计成果,分析了采用企业标准、船级社规范等对多点系泊系统设计和分析工况的要求。运用时域耦合水动力分析方法,计算了系泊缆准动态最大拉力和掣链器与船体结构界面处的荷载。运用有限元分析方法,分析了掣链器、基座及船体的结构强度,确定了系泊荷载对FPSO船体结构的影响范围,预测了掣链器基座和FPSO船体结构的疲劳寿命。     

内转塔式FPSO局部强度分析研究

以“南海奋进”号FPSO为对象,运用MSC／Patran、MSC／Nastran程序系统,对其所采用的内转塔式单点系泊系统进行局部受力分析,了解各个载荷对船体结构的影响。     

基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估

基于现有的渤海浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）实测数据,开展海洋核动力平台（Marine Nuclear Power Platform,MNPP）定位系统多体动力特性分析。建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）,计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO船体实测数据计算MNPP 六自由度数据,并采用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。     

新概念FPSO——IQFP方案设计与稳性研究

根据所研发的圆角倒棱台形FPSO,以渤海海域边际油田为目标油田,优化设计了一座IQFP总体方案。根据FPSO的实际工作情况和要求,对IQFP在拖船、作业以及风暴自存工况下进行了完整稳性和破舱稳性计算以及稳性变化规律分析,并根据规范做了校核。结果表明,IQFP的稳性具有较大的裕度,验证了所研发新概念FPSO的先进性,并为进一步开展IQFP水动力性能及系泊性能等关键性问题研究提供了理论基础和依据。     

内转塔式单点系泊系统浮筒下沉脱落概率计算

针对内转塔式单点系泊系统,分析浮筒下沉机理,计算浮筒下沉脱落概率。建立FPSO及其系泊系统的水动力模型,进行耦合时域分析,求解系泊缆张力。计算系泊缆张力在水平和垂直方向上合力的时间历程,得到浮筒垂直方向所受载荷,结合统计学知识及可靠性知识,计算不同预紧力下浮筒下沉脱落的概率,同时考虑系缆孔位置对浮筒下沉脱落的影响,并提出降低风险的相应措施。     

单点系泊系统损伤钢缆剩余强度评估研究

系泊钢缆通常使用在浮式生产储油船(FPSO)单点系泊锚腿的上升段与躺地段,从工程实践与系统水下检验检测可以发现,钢缆磨损、腐蚀、断丝、松股等形式的损伤是最常见而且最严重的。该文以南海某FPSO使用10年的钢缆为研究对象,采用理论计算与破断试验的方法评估损伤钢缆的剩余强度,研究各种损伤对理论公式相关参数的影响,并验证理论计算方法的合理性与可靠性,为系泊钢缆安全评价以及系泊系统完整性管理提供科学方法。     

动力定位失效模式下FPSO-CALM系泊系统的动力学特性响应研究

动力定位FPSO侧推器失效后会对CALM系泊系统造成影响,需要对这种影响进行预测与评估。采用凝集质量法将系泊缆索离散为凝集质量模型并计算系泊缆的系泊张力,运用PID控制系统对船舶的侧推器进行推力分配,在波谱为JONSWAP的波浪作用下,研究FPSO的动力定位系统失效对CALM浮标水平三自由度运动的影响,以及对系泊缆、系船缆及输油软管有效张力的影响。结果表明:在JONSWAP波的作用下,动力定位系统的失效使得船舶水平三自由度的运动幅度高于CALM浮筒,并且输油软管会产生比系船缆更大的突变张力;失效后处于稳定阶段时,系船缆能够承担更多的有效张力分量;值得注意的是,在侧推器失效后系泊系统中的突变张力无法有效分散到每根系泊缆绳上。     

一种新型复合系缆对单点系泊FPSO水动力性能的影响分析

以胡克定律及复合系缆在力的作用下不同组成成分伸长量相同为出发点,计算出新型复合系缆的轴向刚度。应用三维势流理论以及非线性时域耦合的方法,研究以新型复合系缆作为系泊系统时FPSO的水动力性能,并与“钢链一钢缆一钢链”、“钢链-聚酯缆-钢链”等传统复合系缆作对比。研究表明：新型复合系缆水动力性能优异,经济性能良好,为FPSO单点系泊系统的设计和研究提供有效参考。     

浅水环境下典型外单点系泊系统的特性分析

针对浅水环境下典型外单点系泊系统的结构特性,建立悬链锚腿式系泊系统(Catenary Anchor Leg Mooring System,CALM)、单锚摇臂式系统(Sal Yoke System,SYS)、水上软刚臂式系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)3种单点系泊系统和浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)船体的多体水动力模型。基于船体与外单点系泊系统的时域耦合分析算法,综合考虑风、浪、流载荷的影响,计算得到FPSO的运动响应和外单点系泊系统所受载荷,统计和比较各单点系统的系泊性能和特点,为浅水环境下外单点系泊系统的设计研究提供理论依据。