Investigation of Internal Turret Mooring System for Oil Production Storage Vessels

The internal turret mooring system for oil production storage vessels is a developing type ofoffshore floating production system suitable for deep water and harsh environmental application. In this paper, some achievements in our research work are presented. The description includes: dynamic analysis of mooring system, research on performance of turret assembly, influence of vessel dimensions and hull forms on mooring performance, model tests under combined action of environmental forces in basin, and hull structural strength analysis.

Design of Mooring System for Oil Storage Vessels

The floating oil storage system has been proposed as a new facility for Strategic Petroleum Reserve (SPR) in China. Mooring is one of the key technologies to ensure the safety, reliability, and performance of the oil storage system. This paper describes the concept, analysis, design and reliability of the mooring system. For mooring system design of these oil vessels, analysis is essential of the behavior of the vessel in connection with mooring facilities of nonlinear resilience. A nonlinear mathematical model for analyzing a moored vessel is established and solved. Some results of numerical simulations are presented. Assessment of the safety regarding the mooring system in terms of failure probability is carried out. Another simulation model for calculating the failure probability of the mooring system is proposed. The design parameters that have an influence on the characteristics of the failure probability have been identified. The simulation results,show that the mooring system has an annual reliability value of 0.999998. The proposed simulation method is proved to be effective in quantitative evaluation of the safety of the mooring system for floating oil storage vessels.

Analysis and Design of Trial Well Mooring in Deepwater of the South China Sea

Mooring systems play an important role for semi-submersible rigs that drill in deepwater.A detailed analysis was carried out on the mooring of a semi-submersible rig that conducted a trial well drilling at a deepwater location in the South China Sea in 2009.The rig was 30 years old and had a shallow platform with a designed maximum operating water depth of 457 m.Following the mooring analysis,a mooring design was given that requires upgrading of the rig’s original mooring system.The upgrade included several innovations,such as installing eight larger anchors,i.e.replacing the original anchors and inserting an additional 600 m of steel wires with the existing chains.All this was done to enhance the mooring capability of the rig in order for the rig to be held in position to conduct drilling at a water depth of 476 m.The overall duration of the drilling was 50 days and the upgraded mooring system proved to be efficient in achieving the goal of keeping the rig stationary while it was drilling the trial well in the South China Sea.This successful campaign demonstrates that an older semi-submersible rig can take on drilling in deep water after careful design and proper upgrading and modification to the original mooring system.

基于Optimoor的内河码头船舶运动量下系泊分析

与沿海码头相比,内河码头船舶系泊作业受水流影响更为显著,且流向多为顺流。通过系泊仿真试验,以允许船舶系泊作业时的最大运动量为控制标准,分析允许船舶系泊作业时的各项限制条件,尤其是限定的水流条件。现行《规范》对码头系泊作业时基于船舶运动量下的限制波浪、风速、水流等未予以明述,本文研究结果可为相关船舶系泊作业提供理论参考。

锚系作业船在超深水锚腿预铺设中的应用实践

海上浮式生产设施通常采用多条系泊锚腿将上部平台设施与海底锚桩连接,水深超过1500m时锚腿的预铺设工作面临前所未有的挑战和困难。本文结合中国南海西部半潜式平台系泊锚腿预铺设作业的工程实践,以动力定位系统、主动深沉补偿式折臂吊机、500t锚系处理绞车配合作业的方法下放锚腿;结合锚头链与锚桩连接、锚腿中段聚酯缆下放、锚腿湿存等问题,深入分析、探讨、总结锚系作业船舶在施工中的要点和难点。

基于Optimoor的绿洲级邮轮码头系泊分析研究

系泊是航运业最常见的操作,将显著地改变波浪场特征。靠泊安全是海事任务中的一项基本要求,针对具体的码头通过耦合浮体运动得到系泊系统运动响应和缆索张力是实现这一要求的关键一步。本文以国外某大型绿洲级邮轮码头为例,论证风浪流作用下的系泊缆绳受力和船对护舷的撞击力,进而根据不同的环境条件和作业要求,对其归纳整理,给出允许系泊的条件,以期能在其他研究人员应用这些方法时为其提供参考,为后续类似邮轮码头的建设提供借鉴和启示。

铺缆船与电缆耦合系统动力学分析

提出一种铺缆船与电缆耦合系统动力响应时域分析方法。针对“启帆9”号铺缆船进行了船模阻力试验,得到铺缆船阻力系数,以确定其流载荷。基于势流理论,使用AQWA软件对铺缆船进行频域水动力分析,以确定其波浪载荷。结合上述计算结果,使用动力学分析软件Orca Flex建立了基于海底电缆铺设过程的耦合动力学模型,通过对考虑了环境载荷、系泊载荷和电缆载荷的动力学方程进行求解得到铺缆船动力学响应,将铺缆船运动作为电缆顶端的运动边界条件进行输入。与传统RAO方法相比,该方法充分考虑了铺缆船与电缆间的相互影响,可模拟实际海况中铺缆船施工时电缆的张力和曲率动态响应。分别采用该耦合模型方法和RAO方法计算铺缆船系统的动态响应,结果表明,RAO计算方法低估的电缆张力达9.9%。使用耦合模型方法分别建立八点系泊和四点系泊数值模型,比较了这两种系泊方案下海底电缆的动力响应,结果表明,四点系泊系统的电缆最大张力比八点系泊系统大15.9%,但二者都远小于最大允许张力。

改造起重船临时锚泊允许海况评估

对长大海升号起重船进行改造,以提高其海上风电施工能力。为确定改造后起重船可临时锚泊的允许海况,介绍一种基于时域模拟和概率统计的海上作业允许海况评估方法,并将其应用至改造后的起重船临时锚泊作业中。选取合适的波浪种子数,采用时域耦合分析方法对锚泊起重船的运动、锚链张力和卧底锚链长度进行计算,提取时域响应最值,采用经验分布拟合方法评估指定不超越概率下每种海况的极值响应,并与规范规定的安全准则进行比较,从而获得以有义波高和谱峰周期描述的可作业允许海况。结果表明20个波浪种子是足够的,得到的允许海况可为临时锚泊作业决策提供参考。

新型海洋通信平台海上安装工艺分析及选择

根据南海海洋石油单点系统海上安装实例,文章总结单锚系半潜式海洋通信平台安装施工经验,针对安装海域水文环境和新型海洋通信平台海上安装的难点和风险,提出并分析施工船舶和海上安装工艺方法,为选择适合的施工船舶和海上安装工艺提供参考。新型海洋通信平台海上安装过程可分为拖曳锚定位安装、下系泊链铺设、系泊链预拉试验、系泊链长度调整、平台拖航就位、系泊链连接6个阶段。

不同系缆方式下的系泊条件分析

基于25万吨级矿石码头船舶系泊条件物理模型试验成果,分析了波、流共同作用下设计船型在不同系缆方式下,包括3种缆绳数量、2种系缆点布置时的船舶运动量、系缆力和撞击力的船舶系泊条件,比较各系缆方式的优劣,对设计方案的系缆方式提出了建议。

铺管船锚泊定位系统优化设计研究

分析了铺管船锚泊定位系统的结构和它在海洋中的受力情况,研究了锚索悬链状态的特性。提出了锚泊定位系统的二次规划优化算法。目标函数定义为受力锚索的拉力的两两水平力差的平方和,受到线性等式或不等式锚索拉力的约束。求解采用Lagrange乘子法或凸二次规划的互补主元法。用面向对象的VC++工具开发了锚泊定位系统软件。对某铺管船的锚泊定位系统实例进行优化计算,得到满足环境力条件下锚索所承受的力和锚点位置,达到了设计要求。

拖轮协助大型舰船靠泊操纵建模及仿真

拖轮协助大型舰船靠泊操纵,包括拖轮接近舰船的操纵运动和拖轮协助舰船在泊位附近的推拉操纵运动,是两个海上浮动物体的可控运动。选用二阶非线性响应方程建立舰船的操纵性方程,给出了拖轮推力计算、缆力计算、船间力和船码头间碰撞力计算方法,并在舰船操纵性自由机动方程中附加了风、流、缆、碰撞力等诸多外力作用,实现了对拖轮贴靠舰船与拖轮协助舰船靠泊过程中诸多外力影响的操纵实时仿真。

大型无动力船舶码头系泊防台计算模型优化

当大型无动力船舶主机推进设备缺失或发生故障时,码头系泊防台安全问题尤为突出;同时,国内外船舶系泊防台数值计算模型均只给出风、流作用下的系缆力计算公式,计算不够准确。对此,首先运用大型船舶操纵模拟器对船舶码头系泊防台进行建模仿真,证明船舶缆绳系泊防台方案的可行性和局限性;然后针对缆绳系泊方案提出大型无动力船舶码头组合系泊优化防台方案,并以30万吨级超大型油船(Very Large Crude Carrier,VLCC)为研究对象,运用MATLAB工具比较其在采用优化方案前后的受力变化规律;最后结合组合系泊优化防台方案成功应用于友联船厂的实际经验,证明该方案的全面性和实践性。

国外深水铺管方法与铺管船研究现状及发展趋势

深水铺管船是深水油气田开发的主要施工装备,它担负着浮式生产平台的安装、海底管线的铺设以及立管系统安装任务。通过对国外主要深水铺管船和重点工程项目的分析,简要介绍了国外深水铺管船的基本特征、性能和设备能力;重点阐述了深水铺管船的关键设备及其对施工能力的影响;最后,对国外深水铺管船的发展趋势作了进一步的分析。为我国的深水铺管船研发提供有益的参考。

液化天然气专用码头系泊安全操作仿真研究

考虑液化天然气码头对安全的特殊要求,结合船舶系泊作业中的诸多因素,以液化天然气专用码头为例,运用船舶操纵模拟器对液化天然气船靠离码头的过程进行仿真实验,由此分析港口水域的风、流、浪及回旋水域尺度等因素对液化天然气船系泊作业的影响,为船舶靠离泊安全操纵提供参考数据,也可为液化天然气码头的建设提供科学的论证。

大型无动力船舶码头系泊防台风安全研究

考虑到无动力船舶由于主机推进设备缺失或故障,码头系泊安全问题突出,在风、浪、流的作用下,对船舶的系泊力进行计算分析,探讨无动力船的系泊模式及缆绳配置,判断码头的系泊设施是否符合防台要求,从而界定船舶在码头系泊防抗台风的等级。

非均匀条件下的船舶锚链静力特性快速计算

为探索锚泊船偏荡时船与锚链相互作用问题,开展了非均匀条件下锚链静力特性的快速计算研究。采用分段外推-校正方法计算了锚链张力、顶端倾角、悬垂线形状及长度。通过寻找锚链悬垂线最低点位置以及预估顶端倾角的方法来增加求解速度,实现了快速运算。

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。

FDPSO单点系泊定位水动力性能的数值计算和模型试验研究

南海海域海洋环境条件十分恶劣,FDPSO采用何种定位方式保证其正常作业是一个值得探讨的课题。文章采用数值计算和模型试验的方法,对单点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值计算包括频域水动力性能计算和时域船体/锚链耦合数值分析。频域水动力性能计算得到FDPSO船体水动力系数、波浪力和运动幅值响应算子。时域耦合数值分析计算了单点系泊FDPSO在南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下的运动特性。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池中进行,包括静水衰减试验、白噪声试验和不规则波试验。数值计算结果和模型试验结果比较,验证了数值计算方法的可靠性,并研究了单点系泊FDPSO在南海海域作业海况和极限海况的水动力特性。

船舶进出闸室对系缆力的影响

船舶进、出闸室时,船行波在闸室内引起较大水面波动,造成闸室内系缆船舶的系缆力增大,影响闸室内的船舶停泊安全;大型船舶进、出闸室时,产生的船形波作用更强,对系缆船舶的系缆力影响更大。通过1∶36.3三峡船闸的物理模型和相同比尺5 000 t级典型大型船舶模型,采用系列物理模型试验,对船舶进出船闸时闸室内系缆船舶的系缆力进行了研究。研究结果表明,闸室内有系缆船舶时,船舶进、出闸的航行速度对系缆船舶的系缆力影响很大,进、出闸速度越快,其系缆力也越大。三峡船闸中,当水深5.5 m,闸室内有系缆船舶,大型船舶偏航进、出闸室时,为保证船舶停泊安全,航行船舶的进、出闸速度宜小于0.5 m/s。