南海深水FPSO模块支墩设计与分析

针对中国南海海况恶劣,浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)在南海服役多年后,少数支墩由于建造工艺出现裂纹问题,以南海某深水FPSO为研究对象,对常用箱式支墩形式进行改进优化设计。运用有限元方法对箱式模块支墩和改进后的丰字形模块支墩与十字交叉带裙边支墩进行评估,对不同支墩形式进行强度分析、变形分析和疲劳分析,并对不同支墩的工艺进行综合对比,结合工程实践和有限元计算,给出支墩推荐设计方案。结果表明,优化后的十字交叉带裙边支墩结构强度和疲劳均优于箱式支墩,同时还具有便于加工组装的特点,最终选定十字交叉带裙边支墩方案。

圆筒型FPSO总体强度校核设计波优化算法

针对圆筒型FPSO总体结构强度准静态设计方法依赖工程师经验的局限性,将设计波法引入圆筒型FPSO总体结构强度校核,提出了针对特征荷载选择的优化算法。该方法通过分析圆筒型FPSO总体结构承载特点和失效模式,结合常用特征载荷中有相同设计波的特征荷载,选择了舷侧外板波浪压力、上部模块重心处的水平和垂向加速度,作为设计波筛选的特征载荷;并根据圆筒型FPSO结构对称性,减少加载浪向,优化设计波搜索相位;基于本文方法的校核工况减少了60%,有效提升了校核效率。该方法已被应用于中国首条完全自主设计的圆筒型FPSO“海洋石油122”平台的强度校核中,校核结果通过了挪威船级社认证,该平台目前已完成设计,进入建造阶段,这也说明了本方法的可行性以及对后续同类FPSO设计的借鉴意义。

深海圆筒型FPSO总体设计

针对圆筒型FPSO总体设计在主尺度设计、水动力分析、系泊系统设计等方面存在的技术挑战,分别对比不同圆筒直径和垂荡板直径的运动RAO,分析船体设计关键参数和系泊设计关键参数的影响,提出水动力试验校准分析的步骤和重量控制的方法。主尺度设计中最关键的主尺度参数是圆筒直径和垂荡板直径,圆筒直径越小或者垂荡板直径越大,垂荡响应越小,圆筒直径越大,横摇运动响应越小。圆筒型FPSO的水动力分析建议同时开展频域分析和时域分析。

圆筒型FPSO减动装置选型设计及分析

以南海海域百年一遇的极端生存海况和十年一遇的工作海况作为设计输入条件,以垂荡运动抑制性能为主要考虑因素对带延伸筒体的圆筒型FPSO进行减动装置构型设计及分析。基于JONSWAP波浪谱,采用基于三维势流理论的水动力分析软件AQWA对带不同构型减动装置的圆筒型FPSO进行时域、频域分析,并对设计的系泊系统进行安全性校核,最后综合分析对最优减动装置进行构型选择。结果表明,减动装置构型Ⅰ(带间隙的环形矩形减动装置)拥有较好的水动力性能,是6种减动装置构型中最优的结构形式。

“海洋石油123”FPSO余热回收装置设计优化

为充分利用主机高温尾气,实现节能减排的目的,“海洋石油123”FPSO在基本设计阶段设计了余热回收装置。但余热与锅炉的热油循环系统完全独立,不可互为备用,且余热的4台热介质循环泵都没有接入应急母排,这将导致FPSO在黑启动时,容易造成余热回收装置炉管内的热油局部高温结焦炭化,影响系统运行。为有效解决该问题,创造性提出将余热系统循环泵加入应急母排的方案,有效避免了黑启动时余热系统热油结焦的发生。

圆筒形FPSO浪流仪自动升降装置撬装化设计研究

针对圆筒形FPSO浪流仪自动升降装置的安装效率和操作便捷性问题,设计一种撬装化系统,旨在提升设备的安装效率、操作便捷性及使用寿命,以满足深海油气资源开发的实际需求。通过深入研究圆筒形FPSO浪流仪自动升降装置的工作原理和结构特点,提出一种撬装化设计方案,同时采用结构强度分析和疲劳分析来验证设计的可行性及安全性。研究结果表明,撬装化设计方案可以有效提高圆筒形FPSO浪流仪的安装效率和操作便捷性,同时满足工程安全要求,保障设备的使用寿命。研究为圆筒形FPSO浪流仪安装提供了一种有效的解决方法,具有显著的工程实用价值和广泛的应用前景。

FPSO跨海域移位单点系统适应性研究——以“南海奋进号”FPSO为例

根据油田开发需要,“南海奋进号”FPSO拟由南海西部文昌油田群移位至南海东部惠州油田群。为实现该FPSO单点系统的顺利移位,移位选址综合考虑了FPSO在位安全性、外输安全距离、管缆投资等因素,最终选址在惠州油田群所有设施外围的HZ32-5平台西南侧。以单点移位结构和设备利旧最大化为目标,新建系泊系统设计将4×3锚腿方案优化为3×3锚腿方案,降低了项目成本;在此基础上,对单点转塔浮筒、锥形对接模块结构强度以及锁紧机构锁紧能力和浮筒抗旋转能力进行了全面校核,并分析了新建单点构件与原保留结构的匹配性。结果表明,原单点的对接结构、浮筒锁紧机构、浮筒提升绞车、滑环堆栈结构等可保留使用,对浮筒与锥形对接结构支撑环的精密测量和加工,使得锁紧后的浮筒与船体对接椎体匹配度达80%,提升了单点浮筒与船体连接的可靠性。“南海奋进号”FPSO新建单点浮筒和系泊系统于2023年8月顺利完成海上移位安装,目前已安全稳定运行近1年,验证了跨海域移位单点系统适应性改造技术的工程可行性及可靠性。研究成果为FPSO单点移位改造再投用项目提供了参考和借鉴。

多点系泊FPSO立管支撑结构设计

多点系泊FPSO的首部和尾部均布置有系泊缆,立管通常布置在舷侧中部,因此需要在舷侧安装相应的结构以支撑海底钢悬链线立管(SCR)载荷及甲板上部立管平台和立管提拉设备模块的重量。同时为了防止舷侧立管遭受其他船舶的撞击而发生泄漏和损坏,需要安装立管保护结构。本文以大连船舶重工集团为国外船东设计和建造的一艘30万吨多点系泊FPSO为例,从实际工程设计的角度阐述多点系泊FPSO舷侧立管支撑结构的设计要点,为今后多点系泊FPSO立管支撑结构设计提供借鉴。

圆筒型FPSO总体设计方案与关键技术——以“海洋石油122”为例

流花11-1油田二次开发采用深水导管架回接圆筒型FPSO的开发模式。作为亚洲首座自主设计、建造和安装的圆筒型FPSO——“海洋石油122”,其在设计、制造等阶段面临南海环境条件恶劣、非船型运动机理、布置空间紧凑、无动力定位外输油轮、建造工期短等诸多挑战。本文阐述了圆筒型FPSO一体化设计理念、适应多点系泊的方位设计、各性能平衡的分舱设计以及安全便利的压排载系统等设计方案。在此基础上,对相关关键技术展开了重点论述,包括:为满足布置空间与储油需求前提下,提高圆筒型FPSO在高波陡下的运动适应性,确定了船体的合理水线面直径及在阻尼板外侧增加锯齿形裙边的阻尼板设计,有效降低圆筒型FPSO的升沉与偏移;为降低外输作业风险,提高外输作业概率,开展了非动力定位油轮外输方案设计,设置了圆筒型FPSO的合理外输点;为降低系泊张力,研究采用了聚酯缆系泊系统,降低了系泊工程投资;针对以往圆筒型FPSO建造周期长、调试工作量大的不足,进行了一体化结构设计,大大缩减了上部组块与船体的合龙周期。该圆筒型FPSO目前已进入建造阶段,对中国南海圆筒型FPSO的设计、建造和运营具有较高的借鉴意义。

FPSO再沸器抗风浪型结构优化设计

针对浮式生产储卸装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)上常规再沸器易受风浪和晃动影响导致液面不稳定、壳程流体从堰板溢出、换热管干烧等问题,以南海流花16-2油田群FPSO轻烃回收处理流程中的脱丁烷塔再沸器为研究对象,通过分析FPSO船体摇晃特性,对再沸器内部结构进行优化设计;采用FLUENT软件对优化前、后再沸器在船体晃动条件下液面稳定性进行仿真对比分析。再沸器结构优化的具体形式为:堰板尺寸优化,新增防波板、后挡板与泄流底板。仿真结果表明:再沸器发生倾斜时,结构优化后的再沸器壳程内液相向堰板另一侧的溢出量显著小于结构优化前再沸器的溢出量;结构优化后再沸器在20 s后液面即可恢复稳定,结构优化前再沸器需36 s。研究结果可为晃动条件下再沸器的设计提供参考。

基于云边协同的FPSO工艺流程仿真优化系统

近年来,随着国际宏观经济持续下行,海上石油生产降本增效的需求日益增长,而传统运营模式下浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage Offloading,FPSO)生产工艺仍停留在以经验为基础形成的操作习惯,与精细高效管理还有一定差距。建立一套基于云边协同的FPSO生产工艺仿真优化系统,通过对原油生产流程中各传感器进行数据采集,依靠系统内在线诊断分析、离线工况模拟、异常工况预警、生产操作优化四大模块,并基于云边架构合理分配仿真资源进行计算,实现海陆协同的FPSO原油工艺流程在线感知、离线操作、异常预警、分析优化功能,为海陆人员提供一种定量分析的数字化工具,提高FPSO原油处理工艺的精细化管理水平和生产运营效率。

BMIT型FPSO转塔舱关键结构设计与研究

BMIT型单点型式适用于水深较深、通道较多的FPSO,与我国南海之前新建的FPSO所采用的STP型单点相差较大。针对FPSO转塔舱的结构布置,结合BMIT型单点的界面特点,对南海某采用BMIT型单点的FPSO转塔舱设计进行总结,详细阐述了单点轴承支撑结构界面、塔架腿界面、限位挡块界面的设计以及疲劳节点的设计及优化。

基于不同爆炸风险水平的FPSO生活楼抗爆结构设计

油气爆炸是海洋平台主要风险之一,基于爆炸风险的结构设计是设计技术发展趋势。该文梳理风险分析相关的技术法规、规范,总结了爆炸风险评估流程、结构抗爆性能评估方法及流程;以某浮式生产储卸油装置(floating production storage and offloading unit,FPSO)海洋平台生活楼为依托对象,利用结构有限元分析软件,分别开展了筛选分析、强度水平分析和塑性水平分析,完成基于爆炸风险的生活楼结构性能评估;基于功能性、作业、生命安全这3个性能水平,开展不同爆炸风险水平的结构设计,得到满足各性能水平衡准的设计方案。

超大型FPSO多点系泊系统设计优化

分析影响超大型FPSO系泊运动响应的系泊系统设计参数,对某超大型FPSO多点系泊系统建立多种优化设计参数,并引入关键性设计约束条件,采用时域动态分析方法,将多点系泊系统的技术参数与FPSO的运动特性进行统一分析求解。以不同的系泊系统参数分析FPSO运动响应的变化趋势,采用优化分析方法得到的最优结果,分析结果表明,系泊线长度、系泊线夹角、预张紧力大小等设计参数对超大型FPSO的系泊性能有着直接影响,多参数优化设计方法能够显著提高复杂系泊系统的设计效率。

圆角倒棱台形FPSO方案设计研究

在前期分析国内外现有FPs0优劣性，研究影响FPs0性能的诸多因素的基础上，力求克服已有FPSO的不足，开发了一种稳性更好、水动力性能优良、储油效率高、具有较大承载能力和甲板面积、更适合采用多点系泊的圆角倒棱台形FPSO浮体概念。利用这种新型概念，根据渤海海域某边际油田的海洋环境条件和油田生产要求，以浮体的稳性和运动性能为主要约束条件，运用交互式设计流程思想，经过反复调整，得到一座较优的FPSO总体方案设计实例。该研究对全新概念FPSO~开发具有借鉴和指导意义。

FPSO生产仿真系统的设计

通过对内容体系、网络结构与功能以及通信模型等方面的阐述,介绍了FPSO生产仿真系统的设计思想,说明了该系统研制的实际意义以及可借鉴价值。

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。

60万桶FPSO开发研究

60万桶海上浮式生产储油轮(以下简称60万桶FPSO)是针对挪威北海边际油田开发的灵便型FPSO,须满足当今世界海洋工程最高要求的规范、规则和标准、挪威北海恶劣海况要求,以及灵便型FPSO对其性能、布置及系统设计的高要求。其研究开发具有很高的难度和先进性,此过程也是一次学习世界海洋工程技术和运作理念的机会。文章重点介绍了60万桶FPSO的技术特点。

“海洋石油115”号FPSO船体设计

从工程设计角度,简要介绍了西江23-1油田"海洋石油115"号FPSO的船体设计,对设计中的几个关键问题及其解决作了阐述,为今后FPSO的设计提供借鉴。

巴西海域FPSO立管悬挂系统疲劳设计

巴西海域的浮式生产储油卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)多采用扩展式系泊系统,立管一般布置在舷侧,立管悬挂系统作为立管与船体的连接点长期暴露在外,承受风载荷、船体变形、甲板上浪等多种载荷。针对巴西海域FPSO特点对立管悬挂系统进行分析,并通过DNV规范要求对其疲劳强度进行校核,得出此种位于舷侧的立管平台的疲劳设计流程,为后续工程设计提供一定的参考。