南海复杂海况下FPSO压力容器关键结构安全性分析及试验研究

压力容器是FPSO油气处理模块的关键装置,其内部原油在船体横摇运动作用下,对内壁产生冲击载荷,致使封头出现应力集中现象甚至开裂,严重威胁海洋石油开采和FPSO工作人员安全.本文以南海118号FPSO压力容器为例,结合南海实际海况,建立了船舶运动响应方程;开展了基于FLU-ENT 数值模拟计算的压力 容器关键结构安全性评...     

恩平油田FPSO船体总体设计研究

以作业于恩平油田15万载重吨的FPSO(浮式生产储卸油装置)为研究对象,介绍了该油田的开发方案,FPSO主要尺度、总布置以及船体性能特点。阐述了满足500年一遇环境条件、30年设计寿命、南海FPSO双层底和双船级等要求的总体设计特点。分析了使用FLUENT进行线型优化的效果;对比了基于迎浪角分析的运动性能数值计算结果和模型试验值,解释了横摇运动差异原因,描述了试验中的甲板上浪现象及采取的防护措施。     

圆筒型FPSO优化设计与水动力性能分析

针对圆筒型海上储油装置FPSO垂荡运动性能较差、无法安装干式井口的问题,设计了带延伸筒体与矩形阻尼结构的圆筒型FPSO,根据延伸筒体与矩形阻尼结构是否通海分为两种型式。建立水动力计算模型,比较分析不同延伸筒体和阻尼结构型式对FPSO水动力性能的影响。针对南海作业海域,设计了悬链式系泊系统,基于JONSWAP波浪谱对FPSO的运动进行时域预报,并对系泊系统进行校核。分析结果表明:通海型FPSO垂荡固有周期显著提升,可以错开南海百年一遇谱峰周期,通海型FPSO满足钻井、安装干式井口的运动响应要求,系泊系统系缆张力满足规范要求。     

新型圆筒型FPSO垂荡抑制结构优化设计

针对传统圆筒型FPSO垂荡运动剧烈的特点,提出一种带有垂荡抑制结构的圆筒型FPSO。采用1∶77.8的缩尺比制作模型,进行垂荡纵摇衰减试验,得到带有不同垂荡抑制结构模型的固有周期和无因次阻尼系数,进而选取最优的垂荡抑制结构型式。之后计算并对比传统圆筒型FPSO和新型圆筒型FPSO垂荡纵摇运动的固有周期和幅频响应函数。在此基础上,结合我国南海海洋环境条件,设计新型圆筒型FPSO的系泊系统,计算分析自存工况下的耦合动力响应,并与传统圆筒型FPSO进行对比。结果表明,文中提出的垂荡抑制结构可以有效增大系统垂荡纵摇运动的固有周期,改善运动性能,提高系泊的安全性。     

FPSO纵摇运动预报研究

FPSO船体姿态运动(纵摇和横摇)会对FPSO与穿梭油轮的靠泊、FPSO上直升机的起降、海上的补给等作业可能造成严重的影响。如能实现在一定时间内对FPSO船体姿态运动进行预报,则可大大提高这些作业的安全性和高效性。用AR(p)模型拟合FPSO纵摇运动,然后运用AR(p)模型的线性最小方差预报法进行预报,预报实例中用到的数据来自模型试验。结果表明,用时间序列法对FPSO纵摇运动进行极短期预报具有一定的精度和较小的计算量。     

FPSO水动力研究与进展

浮式生产储油轮(FPSO)是当今海洋石油天然气开发的主流工程设施。就目前国际上最为关注的FPSO水动力问题,包括深水FPSO与系泊、立管系统的耦合水动力预报、甲板上浪、FPSO与穿梭油轮组成的多浮体系统水动力、横摇运动与减摇措施、单点系泊FPSO的运动稳定性等进行了阐述,介绍了我国在浅水FPSO水动力问题上的研究进展,提出加强相关研究的建议。     

内孤立波作用下FPSO动力响应特性

以KdV、eKdV和MCC理论的适用性条件为依据,利用内孤立波产生的瞬时速度和瞬时压力沿船体表面求面积分的方法分别计算浮式生产储油卸油装置(FPSO)内孤立波摩擦阻力和Froude-krylov力,再结合时域有限位移运动方程,研究了有限深两层流体中的内孤立波与带分段式系泊缆FPSO的相互作用问题。以东沙群岛某海域实测170 m振幅的内孤立波为对象,数值分析了在内孤立波作用下FPSO的内孤立波动态载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波会对FPSO产生突发的冲击,使FPSO产生大幅度水平漂移运动,导致系泊缆张力显著增大。在该振幅内孤立波作用下,FPSO受到的水平力最大可达56 t,垂向力最大可达1 961 t;纵荡位移可达47.62 m,系泊缆张力增加最大可达106.4 t。因此,在FPSO等深海浮式结构物的设计应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。     

基于风洞试验的FPSO风载荷特性研究

当FPSO服役于目标油田时,将受到风浪流的作用力。其中,风力给FPSO一个恒定的静力,使其偏离原来的位置。风力计算在FPSO系泊系统的分析过程中是非常重要的。设计人员常常参考OCIMF进行风力计算,或者参考API规范得出。OCIMF为针对油轮的计算规范,但使用OCIMF计算FPSO风力及流力的方法,与FPSO的适应性仍需要进一步论证。API规范针对海上浮式系统,其计算风流力的方法使用也非常广泛,其原理为将FPSO上部各个模块风力叠加得出。以FPSO风载荷为研究对象,开展了风洞模型试验,获得了典型FPSO风载荷特性曲线,并将试验结果分别与OCIMF结果和API规范计算结果进行对比分析,最终给出FPSO风力计算方法的建议。本数据可用于FPSO的风力计算,也可为FPSO运动、系泊的设计研究提供参考。     

转塔位置对FPSO水动力性能的影响

转塔位置是内转塔式FPSO设计中的重要参数,对风标效应以及运动和系泊力等有重要影响.采用时域分析方法分别计算了10万吨级FPSO在不同转塔位置时百年一遇风、浪、流海洋环境条件作用下的运动响应和系泊力,分析了不同转塔位置对FPSO水动力性能的影响.计算结果与模型实验进行了比较,结果表明,转塔位置的变化对FPSO风标效应、转塔系泊力等影响显著.分析结果对于选择理想的转塔位置具有一定的实际意义.     

浅水FPSO限位作业系泊分析

以浅水单点系泊装置水下软钢臂维修解脱为背景,研究在拖轮限位状态下FPSO运动与限位缆绳张力。计算在不同水深及浪向条件下,FPSO的二阶传递函数(QTF);分别应用Newman近似方法、全QTF法以及使用部分QTF值的方法,计算FPSO时域低频波浪载荷,并对其限位响应进行对比;计算不同长度时的限位缆绳张力响应,分析限位缆绳长度及FPSO波频运动对缆绳张力的影响。分析表明:Newman近似的适用性,应根据FPSO的QTF与海浪谱能量集中范围综合判断;为减少QTF计算量,可根据FPSO低频运动固有频率,确定频率间隔△ω的计算上限,采用部分QTF值计算低频波浪载荷,其响应预报结果与全QTF法接近;若FPSO的RAO能够避开海浪谱能量集中的频率范围,则在限位分析中可忽略FPSO波频运动的影响。     

新型圆筒型FPSO串靠外输作业耦合水动力响应分析

针对1 000 m水深作业的新型圆筒型浮式生产储卸油系统（FPSO）,选择多点系泊FPSO和穿梭油轮串靠外输方案,分析串靠方案在中国南海的可行性。FPSO和穿梭油轮作业时两者之间相互影响的研究较为重要,通过ANSYS-AQWA建立水动力耦合分析模型,基于多浮体水动力学方法进行时域耦合仿真模拟。在FPSO作业海况下,分析了串靠外输时系泊锚链及系泊大缆的张力特性和两浮体的运动响应,对大缆的长度和刚度参数变化进行了分析。结果表明：串靠外输方案满足新型圆筒型FPSO的作业环境。随着系泊大缆长度增加,其张力最值逐渐减小,FPSO和穿梭油轮的最小间距逐渐增大。两浮体最小距离稳定在83 m左右。随着系泊大缆刚度增加,其张力最值增大,相比于大缆长度,大缆刚度对耦合系统的影响较弱。     

FPSO甲板上浪研究现状

浮式生产储油轮（FPSO）是当今海洋石油开发的主流设施。FPSO通常采用单点系泊系统,船首暴露在波浪作用下,定位于特定海域进行长达数年的长期作业,上浪的风险很大。甲板上浪及其产生的载荷已是当前国际FPSO工程和研究领域的热点之一。介绍了国内外在试验研究和理论研究两方面对FPSO甲板上浪研究的进展情况,并建议我国开展这方面的研究。     

基于模糊Petri网络的FPSO单点多管缆干涉风险评估

FPSO单点系泊系统水下管缆众多,受环境等因素影响,管缆容易发生拉伸、扭转、弯曲和碰撞,引发干涉现象,危及工程安全.针对FPSO单点多管缆干涉风险,提出了基于模糊Petri网络的风险评估方法.首先,辨识风险因素来构建风险评估指标体系,并转化为模糊Petri网模型;其次,采用层次分析法确定风险因素的常权重,并引入模糊置信结构来提高专家主观评价的准确性;然后,将变权理论与模糊推理算法相结合来迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,以南海某内转塔式FPSO为例进行了风险评估.结果表明:该FPSO的风险评估等级为中等,环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素.通过风险排序结果对综合评估值较高的风险指标提出了风险控制措施,可有效降低管缆干涉风险发生的概率与危害.     

FPSO限位技术

浮式生产储油船(FPSO)具有强大的油气处理、存储等功能,是海洋石油特别是深海油气开发的重要设备。在FPSO旋转半径内作业时,为保证其安全,并尽量减少FPSO停产时间,需要对FPSO进行限位操作。根据实践经验,总结了FPSO限位的相关技术,为以后的限位作业提供了有益参考。     

基于多体分析的浅水FPSO和水下软钢臂系泊系统运动特性研究

基于多体动力分析方法进行FPSO和水下软钢臂系泊系统的运动特性研究。相较于非线性弹簧模拟软钢臂系泊系统或者其他近似模拟方法,多体分析方法可以充分考虑系泊系统具体结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,更好的预报系统运动响应和系泊力。本文将FPSO和水下钢臂结构模拟成2个具有6自由度的独立结构,两者用系泊链组进行连接。基于三维势流理论应用汇源分布法,首先在频域内进行FPSO的水动力参数分析,进而在时域内对系统进行耦合动力分析。本文重点讨论系泊系统黏性力和二阶波浪力对系统响应的影响,计算结果发现系泊系统黏性力对系泊力有一定影响,而在浅水条件下二阶波浪力的计算对准确预报系统运动及系泊力非常重要。     

圆筒形FPSO尺度规划和运动性能研究

首先介绍全球海域圆筒形装置的工程应用案例,对比圆筒形FPSO相对常规船形的优势,然后以原油储量、工艺模块甲板面积、耐波性、稳性、系泊系统、排水量等控制参数为目标,研究圆筒形FPSO主尺度选取依据,分舱原则。重点研究圆筒形装置的阻尼板结构,此为抑制运动响应的关键结构,通过模型试验方法分析对比了水平阻尼板、不同角度锥形阻尼板的特性。最后研究圆筒形装置运动性能分析方法,介绍二阶响应数值预报方法,研究垂荡和横摇运动的耦合效应,分析波频和低频运动响应,通过模型试验进行了验证,从而指导圆筒形装置设计。     

八角形FPSO串靠外输系统耦合动力响应分析

针对100 m作业水深的八角形FPSO,提出采用穿梭油轮串靠的外输方案,研究串靠外输在南海的适用性。建立由八角形FPSO及其系泊系统、穿梭油轮及FPSO与穿梭油轮之间的系泊大缆等组成的浮式多体动力学模型,根据多浮体动力学理论进行耦合时域模拟。在外输海况条件下,分析了串靠连接的环境适应性及研究大缆载荷的响应特性,对连接大缆的长度、刚度等关键参数进行了敏感性分析。研究表明,串靠外输的形式对于八角FPSO具有足够的安全性和可靠性,系泊大缆受到明显的冲击张力,张力的幅值受大缆的长度和刚度影响较大。     

圆筒型FPSO阻尼结构的阻尼性能研究

针对圆筒型海上储油装置FPSO,研究其不同类型阻尼结构的阻尼性能,以便有效减小此类结构的垂荡运动。提出U型和倒U型两种不同的圆筒型FPSO阻尼结构型式,采用CFD方法模拟浮体的强迫运动,计算分析阻尼结构的阻尼特性,对比了传统垂荡板结构、U型阻尼结构、倒U型阻尼结构的阻尼性能,详细分析阻尼结构的不同参数包括高度、筒体间距、开孔情况等三个因素对于阻尼特性的影响,基于CFD方法,分析了不同阻尼结构阻尼形成的机理。计算分析表明,倒U型阻尼性能最好,U型和倒U型阻尼结构与筒体间距增大后阻尼增大,阻尼结构高度增加或开孔增加后阻尼降低。     

FPSO串靠外输时的碰撞性能分析

FPSO与穿梭油轮进行串靠外输过程中,穿梭油轮首部可能与FPSO尾部发生碰撞事故,称为"尾碰"。目前的相关研究主要集中在碰撞过程中的风险分析,缺少对FPSO"尾碰"事故碰撞性能的合理分析与评估。本文针对某15万吨级FPSO,基于动态非线性有限元分析软件ABAQUS,采用同步损伤分析技术,研究了串靠外输过程中FPSO与穿梭油轮之间由于过分纵荡运动而引起的碰撞事故。通过数值仿真计算,分析了包括"尾碰"后结构的损伤变形、应力应变关系、碰撞力和吸能情况的船舶碰撞内部动力学,进而对FPSO尾部结构的碰撞性能进行评估。结果表明,FPSO尾部结构中板材结构吸收的能量约占尾部结构总吸能的75.5%,其吸能能力显著优于T型骨材结构,研究结果对FPSO尾部结构的耐撞性设计具有一定的参考意义。     

基于灰理论的FPSO服务模式经济分析方法研究

近年来,随着浮式生产储存卸货装置(FPSO)逐渐成为世界海洋石油开发的主流方式,FPSO租赁业也随之兴盛起来。然而,迄今为止海洋石油领域仍缺乏对FPSO各服务模式的界定以及对其服务模式进行经济分析的理论依据。论文在调研目前世界范围内FPSO租赁业状况的基础上,对海洋石油领域现有的三种FPSO服务模式(干租、湿租及类湿租)进行了定性分析,首次对其各自的定义进行了归纳,并对其特点、性质进行了总结。此外,文中提出了在贫信息状态下利用灰关联度分析和GM(1,N)模型相结合的方法对FPSO服务模式进行定量经济分析的模型。通过对此模型参数包的求解,给出目标系统中各影响因素对FPSO租赁报价的贡献量,从而为FPSO所有者租赁报价的制定提供合理的科学依据。实例分析表明,这种经济分析模型所需信息量小,建模精度高,分析结果具有较高的可靠度。