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。

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。

半潜式钻井支持平台在不规则波中的时域耦合分析

基于三维势流理论和莫里森方程,运用水动力软件AQWA,计算半潜式钻井支持平台的水动力特性。同时运用时域耦合方法,计算了风、浪、流共同作用下,半潜式钻井支持平台在三种工况(迎浪、斜浪和横浪)下的运动响应及系泊系统动力响应。时域耦合分析结果验证了该钻井支持平台满足规范要求。

新型干树半潜平台系泊系统的时域耦合分析

我国海洋油气开发正逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。随着水深的增加,传统的以锚链为材料,以自重为回复力的悬链线式系泊系统已经不再适用。世界上超深水浮式生产平台基本上都采用张紧式系泊系统,并且中间段采用超轻的聚酯缆材料以降低其施加在平台上的荷载。文章基于1500 m超深水的中国南海环境,开发一种运动性能良好的新型干树半潜平台,该平台的系泊系统采用张紧式锚链-聚酯缆-锚链形式。根据平台尺度和环境条件,对系泊系统进行布置和设计,通过时域耦合方法对系泊系统进行数值分析,分析结果表明系泊系统强度满足规范和设计要求。

SPAR平台系泊系统的时域耦合分析

以南海LW3—1气田为目标，完成了Spar平台的概念设计。为了验证Spar平台的运动和动力性能，应用海洋工程专用软件，对Spar平台系统进行了时域耦合分析。分析所采用的环境参数包括南海百年一遇的和一年一遇环境参数。为了获得较为准确的结果，包括Spar、系泊缆和立管在内的所有组成部分都进行了模拟。计算的第一步是应用WAMIT软件，进行频域分析，获得需要的水动力参数，包括：运动响应幅算子、附加质量、势能阻尼、静回复力，以及一阶和二阶激励力等。其次是应用HARP程序进行时域耦合分析，应用该程序建立起Spar系统模型，以及包括风、浪和流在内的环境模型，浮体的相关水动力系数可以从WAMIT的输出文件中读取。分析考虑不同的环境载荷方向，通过分析获得运动、气隙和系泊张力等计算结果。计算结果表明该Spar平台在南海环境条件下具有良好的运动和动力性能，满足设计要求。

系泊多浮体耦合系统水动力特性数值分析

基于系泊浮筒链防撞系统,利用AQWA软件对不同海洋环境下的系泊多浮体耦合系统进行全耦合时域分析,得到浮体的运动响应和缆绳受力情况。结果表明,系泊缆绳最大张力出现在端部系泊缆上,中部系泊缆的迎浪侧缆绳比背浪侧缆绳张力大;单纯波浪环境下,浮体平均横向位移较小,在初始位置往复运动,波流共同作用时浮体发生前后摆动,在水流前进方向运动量较大,而且不能回到初始位置。最后将数值模拟结果与现有试验结果进行对比,验证了该全耦合时域分析方法的可行性,能够为系泊多浮体耦合系统的水动力特性研究提供参考依据。

船舶撞击作用下系泊多浮体耦合系统的运动响应分析

利用AQWA和Workbench软件模拟船舶撞击多浮体耦合系统得到其运动响应和动力响应。模拟情况分别为船舶以自由漂浮状态在4种不同的波浪和水流环境共同作用下及在静水环境下,以4种不同航速正向撞击多浮体耦合系统。计算结果显示,在自由撞击时,波浪对浮体横移量的影响较小,而海流对浮体横移量的影响较大。在不同航速下,随着船舶速度的增大,浮体链将船舶拦停时浮筒的横移量也随之增大。浮体间的连接缆绳和迎浪侧的系泊缆绳张力较大,背浪侧系泊缆绳张力非常小。将计算结果与试验结果进行对比,验证了全耦合时域分析方法在撞击载荷下分析问题的可行性,为建立海上拦阻系统提供参考依据。

二阶波浪力下超大型半潜浮式风力机动态响应分析

针对DTU(Technical University of Denmark)10 MW风力机,使用FAST软件对典型海况下不同水动力分量作用下的半潜浮式风力机系统进行全耦合分析,包括仅一阶波浪力作用、一阶波浪力和采用Newman近似计算的二阶差频波浪力作用、一阶波浪力和全域二次传递函数(quadratic transfer functions,QTFs)计算的二阶差频波浪力作用、一阶波浪力和全域QTFs计算的二阶和频波浪力作用以及一阶波浪力和全域QTFs计算的完整二阶波浪力作用,以对比分析二阶差频、和频波浪力对超大型半潜浮式风力机动态响应的影响;基于风力机结构疲劳计算理论,分析二阶差频和频波浪力对风力机结构疲劳破坏的影响。研究发现:在极端海况下,二阶差频波浪力对平台运动响应,二阶差频及和频波浪力对半潜浮式风力机结构荷载和疲劳破坏均产生显著影响。此外,Newman近似方法明显低估二阶差频波浪力对半潜浮式风力机动态响应的影响。

风浪流作用下的FPSO外输CALM系统运动耦合分析

悬链锚腿系泊系统(catenary leg mooring system,CALM)在海洋油气开采工程中得到了广泛的应用.准确地预测CALM系统运动响应有助于开展输油管的疲劳研究,指导系泊系统的设计,从而防止断锚等危险事故的发生,保证装卸作业的顺利进行和人员、装备的安全.基于水动力分析软件,建立包括浮筒、穿梭油轮、系泊线及系船缆在内的不同类型结构的运动响应数值模型;考虑结构间的相互影响,对风浪流作用下的CALM系统进行时域耦合分析;研究了CALM系统在自存工况以及作业工况中的响应特性以及对环境因素的敏感性,得到了危险工况的发生条件及其水动力特征.所得结论可为实际工程设计提供参考和建议.

FPSO锚泊系统动力响应影响因数分析

基于三维势流理论,建立了FPSO与锚泊系统时域耦合分析方法。在时域内对设计好的锚泊系统进行动态分析,并验证了锚泊系统设计的安全性。然后对比分析了锚泊线夹角、预张力、转塔位置、拖曳力系数等重要参数对FPSO锚泊系统动力响应的影响,为锚泊系统动力响应的优化提供了参考意见。

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。

可收放乘登系统的设计与分析

在满足拖航、安装和作业要求的前提上,设计两套自升式生活平台可收张乘登系统,并通过多体耦合时域分析来检验设计方案的可行性。

深海半潜式平台与系泊系统动力耦合的边界约束效应研究

深海浮式平台与其系泊系统的耦合作用显著,在数值分析中,需要合理确定二者耦合边界的模拟方法。本文以深水半潜式钻井平台及其系泊系统为研究对象,将浮体与系泊之间复杂的连接边界简化为固接、铰接和弹簧连接三种边界约束模型,提出了弹簧连接中相关参数的确定方法,并将不同边界约束下系缆张力的计算结果与模型试验数据进行对比验证。通过算例分析,探讨不同边界约束对平台运动、系缆张力及其疲劳损伤的影响,给出设计分析的选择建议。

钢悬链立管的敏感性分析与疲劳寿命预估

通过建立缓波型钢悬链立管(Steel Catanary Riser,SCR)系统的时域耦合分析有限元模型,在时域内对设计好的系统进行动态分析。在分析中,考虑系统悬链线的质量、阻尼和流体加速度等随时间变化而产生的影响。通过分析管壁的厚度、浮力块布置长度、浮力块外径等重要参数对立管系统动力响应的影响,建立并完善钢悬链立管系统相关参数的敏感性分析。在原定参数的基础上重新选定优化后的参数,进行疲劳分析,并预估其疲劳寿命,验证模型的合理性。

半潜式综合支撑平台系泊疲劳分析

该文以某半潜式平台的系泊缆为对象进行疲劳性能研究,采用链-缆-链三段组成的悬链线式系泊缆。使用Harp软件,基于时域耦合方法计算系泊缆的动力响应,选取锚链与平台主体连接点、上部锚链与缆绳连接点及拖地点三点,计算其张力时间历程曲线。根据雨流计数法的基本原理,基于Matlab平台开发程序,统计张力循环次数。依据Miner线性累积损伤理论,分别得到各系泊缆的疲劳寿命,对系泊缆的疲劳性能进行评估。

在南海环境条件下深水典型TLP的运动响应分析

以南海LW3-1气田为目标,完成了TLP的概念设计。为了验证TLP的运动性能,应用海洋工程专用软件SESAM,对TLP系统进行了时域耦合分析。分析所采用的环境参数为南海百年一遇和一年一遇环境参数。为了获得较为准确的结果,包括TLP、张力腿和立管在内的所有组成部分都进行了模拟。先用WADAM软件,进行频域分析,获得所需要的水动力参数,包括:运动响应幅算子、附加质量、势能阻尼、静回复力以及一阶和二阶激励力等。再用DeepC程序进行时域耦合分析,建立TLP系统模型以及环境模型计算,结果表明该TLP在南海环境条件下具有良好的运动性能,满足设计要求。

多点系泊FPSO截断设计及其总体响应分析

对西非海域某一作业水深1 700m的多点系泊FPSO系泊系统进行了等效水深和水平截断设计,以解决海洋工程模型试验水池尺度限制的问题。通过调整系泊缆的长度、轴向刚度和空气中单位长度质量,保证其悬链线形状及静态特性与全水深系统一致。最后对整个FPSO进行时域耦合计算分析,对比发现截断后系泊系统的静态特性、平台运动响应和系泊线受力与全水深情况吻合较好。结果表明截断设计的方法是合理可行的,能够满足试验要求。

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。

浸没式可移动外输终端系泊系统优化研究

我国的边际油田大多年产量小且开发年限短,周围没有可依托设施的油田。针对此情况,可采用“蜜蜂式”开发模式。针对浸没式可移动外输终端这一新型概念设计,选取关键工况开展了时域耦合分析,研究了系泊系统参数对可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力的影响。以可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力最小为优化目标,以系泊缆结构安全为约束条件,构建了系泊系统多目标优化模型。分别建立了基于NSGA-Ⅱ和多目标粒子群算法的系泊系统优化框架,并应用这两种算法对系泊系统进行了优化设计。结果表明,NSGA-Ⅱ和多目标粒子群算法均可以解决系泊系统多目标优化问题,粒子群算法优化速度快,但通过NSGA-Ⅱ得到的Pareto前沿优化性能更好,因此更适合开展浸没式可移动外输终端的系泊系统优化。

考虑水动力干扰的浮式起重船动态响应

基于三维势流理论,考虑运输船舶对起重船的水动力干扰作用,建立双浮体系统中起重船-吊物的时域耦合分析模型,研究4种系泊方案下起重船与吊物的运动响应,结合系泊缆张力的动态响应,对比分析系泊系统对起重船和吊物的影响。结果表明:起重船与吊物的运动响应具有同步性;当运输船旁靠起重船时,起重船和吊物的运动响应较小,可有效地降低运输船对起重船的水动力干扰。