FPSO单点软刚臂系泊监测系统

为了更好地保障单点系泊安全,在渤海某FPSO应用一套单点软刚臂监控系统,该系统主要针对风向、浪流、系泊臂的瞬时受力及船体综合姿态等因素通过实时在线监测并实施状态拟合,提供并连续记录船体在各类复杂海况下的不同极端受力状况。结果表明,该监测系统可以连续监测FPSO在复杂海况运行期间的综合受力,给出FPSO海上应急状态所需要解脱时的决策技术保障,确保了其在海上的安全运转。

软刚臂单点系泊系统铰接结构计算分析

塔架式软刚臂单点系泊系统的系泊能力是浮式生产储油装置(FPSO)持续安全作业的关键。软刚臂单点系泊系统通过多个铰接结构共同作用释放的多自由度实现FPSO的系泊定位。针对软刚臂单点系泊系统中铰接结构的多体自由度运动特性问题,参考BZ-28-2S单点系泊系统数据资料,选取不同工况下铰接结构的受力数据,采用有限元ANSYS分析软件对铰接结构的强度和刚度进行分析。结合有限元分析结果,在满足单点系泊装置相关规范要求的条件下,验证了铰接结构设计尺寸及材料选取的合理性。

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法(Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD)的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。

基于修正Morris筛选的软刚臂单点系泊装置主尺度参数局部敏感性研究

软刚臂单点系泊装置作为典型的大型多体运动结构,设计中考虑的变量众多,其主尺度的确定是设计中的难题。通过Morris筛选法的敏感性分析,采用扰动分析的方式(固定步长5%,扰动范围±25%),以设计中着重关注的最大水平系泊力和水平系泊位移为考察对象,考虑系泊浮体的定常力、高频力和二阶波漂力,建立软刚臂单点系泊理想力学模型,并进行参数局部敏感性分析,以更好地对模型参数的不确定性进行识别,为系统主尺度的设计提供决策依据。结果表明:对于具有13个自由度、8个主要设计变量的软刚臂型单点系泊装置,模型参数中与最大水平系泊力和系泊位移的敏感性大小依次为系泊刚臂长度、系泊腿长度和压载力,设计中应优先考虑确定上述参数值。

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。

渤海海域水下软刚臂单点的升级和改进

渤海油田某FPSO的单点系泊系统是水下软刚臂单点系泊系统,投产后由于单点结构缺陷和水上、水下轴承的严重问题而进行更换,通过有限元建模分析及实验室模拟的方法找到单点故障的根本原因。新单点设计对单点水上、水下轴承结构,水下YOKE结构,单点系统载荷传递的结构等进行了升级,改善老单点存在的问题,延长单点寿命。通过对新单点水下轴承新增加的轴承密封问题进行改进,最终实现单点的安全稳定运行。

软刚臂系泊系统的保辛多体动力特性分析

软刚臂单点系泊系统(SYMS)是浮式生产储卸油装置(FPSO)的主要系泊方式之一。作为一个典型的多刚体系统,SYMS通过多个铰结构联合作用释放FPSO的旋转自由度,实现了FPSO的动态定位。本文建立了SYMS的多体动力学模型,针对微分-代数方程组求解过程中的积分困难问题,基于祖冲之类方法的思想构建了保辛数值积分方法,所提出的求解格式具有简单且自动满足哈密顿体系的保辛特性,对非线性系统具有较高的求解精度;选取了2组不同海况下的FPSO六自由度实测数据,计算了SYMS的动力响应及其系泊回复力。计算结果表明,相较于传统静力学设计方法,本文所开展的保辛动力学计算可获得动力特性明显的结构受力状态。对于系泊腿、YOKE等结构位移和受力行为的整体力学分析,可更加全面地评价SYMS的整体工作行为。

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。

FPSO监测中系泊姿态传感器的动态校准方法

针对浮式生产储油船(FPSO)单点系泊姿态传感器的初始安装误差无法消除,其误差会严重影响系泊力计算精度的问题,提出了一种基于系泊结构运动特性和实测数据的动态校准方法。该方法基于安装在FPSO船体上的高精度GPS实测信息,和软刚臂系泊系统的运动关系方程,采用多样本组合优化法来校准姿态传感器安装误差。在"海洋石油102"FPSO的原型测量数据集上进行验证,结果表明,该方法可以有效地补偿软刚臂系泊姿态传感器的安装误差,为今后海洋平台传感器安装误差的研究提供了新的思路和方法。

计入温度场的万向节轴孔与滑动轴承数值分析

针对塔架软刚臂单点系泊系统所采用的万向节轴孔与滑动轴承之间的接触应力进行有限元分析。万向节的工作环境温度为(-40～80)℃,接触面之间的接触应力与工作环境温度、外部载荷及轴承厚度等参数有关。该文对万向节的接触应力在不同工作温度、外部载荷、不同的滑动轴承厚度下进行了数值分析。在仿真模拟分析中采用子模型技术以节省计算时间,摩擦力采用经典的库仑摩擦模型。结果表明:万向节的接触应力与工作环境温度、外部载荷及滑动轴承厚度等参数存在非线性关系。在过盈量相同的情况下,随着工作环境温度、外部载荷及滑动轴承厚度的增加万向节的接触应力增大。

热-机载荷下系泊头圆筒的数值分析

针对塔架软刚臂单点系泊系统所采用的系泊头圆筒进行理论与Abaqus有限元分析。理论推导出系泊头圆筒的最佳弹塑性界面半径和最佳自增强压力,考虑温度载荷并分为平面应变模型和轴对称模型两种情形对系泊头圆筒受力后的弹塑性应力分布进行有限元数值分析。系泊头圆筒的工作环境温度为(-40~80)℃,圆筒的应力分布与工作环境温度、外部载荷及径比系数等参数有关。在对温度载荷仿真模拟分析中采用重启分析技术以节省计算时间。结果表明:系泊头圆筒应力分布与工作环境温度、外部载荷及滑动轴承厚度等参数存在非线性关系。系泊头圆筒受内压的两主应力分量沿半径方向随着半径的增大周向应力先增大后减小,而径向应力的大小却逐渐减小。