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。

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。

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。

基于RBFNN的FDPSO火灾爆炸波及钻井区概率分析

浮式钻井生产储油轮(FDPSO)是一种具备钻井、采油、储存、外输等多项功能的新型浮式生产装置.FDPSO的功能高度集成和密集布置带来了各模块风险的相互影响问题.针对由此引发的一类突出危险事件,即FDPSO装置上外部设备发生的火灾爆炸波及钻井区,展开事件发生概率研究.在定量风险分析的基础上,引入经改进粒子群算法优化的径向基函数神经网络进行概率预测,并验证了该模型的可用性.研究成果有助于设计人员回避繁琐的定量风险分析过程,快速确定不同布置情况下外部火灾爆炸波及钻井区的概率,从而通过合理设计有效控制该风险.

新型深水多立柱FDPSO流场特性及水动力性能研究

文章基于分离涡数值模拟法对不同来流速度和不同来流方向下FDPSO水动力系数(包括阻力系数、升力系数和压力系数)进行了数值模拟和分析。主要结论如下:升、阻力系数时历曲线表现为"脉动性",由于上游立柱周期性尾涡作用,导致下游立柱阻力系数较上游立柱系数略大;下游立柱升力系数周期性强于上游立柱。由于浮箱布置不同,串列与并列浮箱之间阻力系数与升力系数表现不同。由于P5位于P1"屏蔽区",导致P5阻力系数较P1阻力系数小;而P6受到P8尾流作用,导致P8阻力系数较P6大。由于并列浮箱之间流体排斥性作用,导致P3和P7、P4和P6升力系数均值为一正一负,但P4和P6所受升力系数较P3和P7要大。由于流场三维特性与尾涡各向向异性特点,导致不同截面下压力系数为"W"型变化趋势,表现出驻点/尾涡撞击点、边界层附着区和尾涡分离区域。

FDPSO总强度分析技术

针对浮式生产储卸油装置(FPSO)的扩展船型——配有钻井模块以及月池结构的浮式钻井生产储卸油装置(FDPSO)的总强度设计问题,讨论全船有限元分析方法的实现。探讨月池区域结构应如何在全船分析中进行考虑,并结合舱段有限元手段,进一步研究月池区域结构的强度分析方法。研究工程项目如何结合全船有限元分析方法进行合理化设计。

FPSO主甲板冷却水管路系统的加速度载荷应力分析

借助船级社规范与MATLAB软件,开发可提取浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)管道任意位置处加速度的程序,以便更好地对FPSO主甲板冷却水管路系统进行应力分析。将该系统任意位置处实际加速度值和FPSO船体重心处加速度值以均布载荷形式分别施加至管道上,利用CAESARⅡ软件分析在满载工况条件下该系统的应力变化。结果表明,在FPSO满载工况条件下,采用重心处加速度值得到的结果相较于其自身实际加速度值的作用结果会出现应力冗余和应力不足的情况,例如节点50应力增加1.01%,而节点2570应力减小0.19%。

考虑人员失误的FDPSO钻进时关井作业安全评估

为了对浮式钻井生产储卸油装置(FDPSO)钻进时关井作业进行安全评估,基于认知可靠性和失误分析方法(CREAM)的人员失误概率计算方法,提出了一种综合考虑设备风险和人员风险的安全评估方法.首先对钻进时关井作业进行任务分解,然后根据其事故路径建立了相应的事件树,事件树中的设备失效概率主要来自于风险数据库,而人的动作失误概率则是通过CREAM的定量计算方法得到;最后对事件树中的每条路径进行计算,得到事故发生的总概率;在风险后果的估算中,借鉴了国内外最新的风险研究成果,对FDPSO钻进时关井作业中可能的事故后果进行评估;最终依据风险评估矩阵,得到了考虑人员失误的FDPSO钻进时关井作业的安全评估结果.结果表明,FDPSO钻进时关井作业的风险等级较高,应采取必要的控制措施以降低风险.

月池参数对船型FDPSO水动力特性的影响研究

浮式钻井生产储油轮是深水油气开发的主要装备之一,文中考虑2种典型月池形状(方形和圆形)和不同月池尺寸,采用Sesam软件对不同月池参数时FDPSO的水动力性能和系泊系统张力特性开展了计算和对比分析,介绍了深水FDPSO船型主要尺度以及锚链、立管主要参数,在频域内对运动响应幅值算子RAO、附加质量、阻尼、平均波浪漂移力进行了计算,在此基础上选择生存工况,对不同月池参数时的六自由度运动响应的最大值、最小值及平均值进行了统计分析.研究发现:大尺寸月池对运动响应幅值算子RAO、附加质量和阻尼影响较大;船体旋转运动较平移运动受月池影响明显;锚链受力随月池尺寸的变大而增加.文中的研究可为深水FDPSO月池设计提供一定的借鉴和参考.

八角形FDPSO张紧式系泊系统设计与分析

从船型、环境条件和设计工况考虑,定性地为八角形浮式钻井生产储卸装置(FDPSO)选择等角度分组张紧式系泊系统。以2 000m水深处环境条件为基础,设计了一套等角度分组张紧式系泊系统,以满足八角形FDPSO的定位要求和系泊线受力要求。与悬链式系统相比,张紧式系泊系统垂向重量小,锚泊半径小,百年一遇海况下一根锚链破损之后FDPSO的水平偏移能够得到有效控制。所提出的系泊系统不但可以满足八角形FDPSO系泊定位的要求,而且可为类似浮体的深水系泊设计提供参考。

圆筒型FPSO砰击预报模型及响应特性

考虑到砰击载荷的强非线性、随机性等特点,采用模型试验方法对圆筒型浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)受到波浪砰击作用的概率模型、环境激励规律进行研究。提出基于波面升高无因次化模型的方法,将少量的千年一遇和百年一遇砰击数据进行归一化拟合,以获得圆筒型FPSO的砰击载荷特性。结果显示,平台自身的运动对砰击概率有重要影响,且砰击发生概率加速阶段与砰击点的位置没有明显关系。随着砰击点位置的升高,圆筒型FPSO砰击载荷的量级总体呈上升趋势。由于圆筒型外翻结构的特点,与垂荡周期相近的谱峰周期海况所激发的砰击概率会提升。所构建的无因次化砰击概率模型和无因次化砰击载荷分布模型可对砰击载荷和砰击概率进行预测,并且模型可为长期模拟提供基础。

浮式生产储油卸油装置上压力容器外部载荷及疲劳分析

压力容器是浮式生产储油卸油装置(FPSO)上的重要组成部分。由于海洋环境比陆地环境复杂,FPSO上的压力容器与陆地上静设备在外部载荷的考虑上有很大的不同。在现有压力容器相关资料中,少有提及到FPSO上的压力容器外部载荷的计算。介绍了如何考虑FPSO上压力容器的外部载荷,并以1台典型的卧式设备为例,重点介绍了通过公式法对支撑及焊缝进行疲劳校核,可为FPSO上压力容器的设计提供参考。

水深对超大型FPSO运动响应与波浪载荷的影响

使用挪威船级社(DNV)的SESAM程序系统计算了不同水深时超大型浮式生产储油系统(FPSO)的运动与波浪载荷传递函数,并对船舯弯矩进行了长期预报.结果表明,在波长船长比为0.1～1.0内,随着水深的变浅,垂荡、纵摇和横摇运动幅值减小,船舯弯矩幅值增大,而且水越浅,船舯弯矩值增大也越明显.

基于半物理仿真的新型浮式平台垂荡性能

为了评估一种新型浮式钻井生产储油装卸系统(FDPSO)概念设计中干式井口平台的垂荡性能,建立了系统的理论分析模型,并运用半物理仿真技术构筑了大比尺模型实验平台,用可控的电液伺服器运动台模拟船体的垂荡,干式井口系统采用大比尺的物理模型。在简谐激励下理论模型的实验结果和数值结果的对比,证明了理论模型的合理性,符合工程实际。根据该理论模型对中国南海海况进行的数值分析结果表明,通过船外悬挂配重为干式井口平台的张紧立管系统提供张力的概念设计对船体的垂荡具有自动补偿作用,减小了干式井口平台的垂荡振幅。

转塔式FPSO单点系泊系统受力计算方法

依据国家有关标准及相关规范,计算了影响FPSO单点系泊系统的风作用力、流作用力和波浪作用力,分析了系泊系统各锚链的受力情况;建立了锚链受力计算模型,将动态锚链受力问题通过静态的计算方法予以核算,为转塔式FPSO单点系泊系统提供了一种简单有效的核算方法。以"南海开拓"号FPSO为例进行验算,计算结果与实际情况基本相符。

水深对超大型FPSO水弹性响应的影响

结合三维势流理论和有限水深复合格林函数,计算了浅水超大型浮式生产储油系统(FPSO)水弹性响应.该方法首先实现有限水深复合格林函数及其偏导数的数值算法,将其根植于三维势流理论中,形成了用于浅水海洋浮式结构物三维水弹性分析的方法.本文对一艘浅水超大型FPSO进行了数值计算,计算结果表明,船体的振动效应对不同波浪载荷产生不同的影响.

新型浮式钻井生产储油平台涡激运动数值模拟及试验研究

利用数值模拟方法对浮式钻井生产储油平台(Floating Drilling Production Storage Offloading,FDPSO)涡激运动特性开展了研究.采用雷诺平均法求解Navier-Stokes(N-S)方程,运用DES(Detached Eddy Simulation)湍流模型及CFD(Computational Fluid Dynamics)动网格方法对FDPSO平台的涡激运动流场特性进行了模拟;同时采用1∶80的缩尺比物理模型,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室的海洋工程水池中进行了模型试验研究.试验考虑了系泊系统以及平台不同自由度之间耦合作用对平台涡激运动的影响,并将数值模拟和模型试验结果进行对比,分析了新型多立柱浮式钻井平台流向和横向涡激运动时间历程、频谱特性、锁定现象等以揭示其涡激运动的内在机理,为该型平台的设计提供借鉴和参考.

海上石油浮式生产系统疲劳校核分析

船体结构的疲劳一直是船体结构的一种重要的损伤现象。特别是高强度钢在船体结构中的广泛使用,使船体结构的疲劳破坏问题更加突出。本文以一艘15万吨浮式生产储油系统(FPSO)为例,根据FPSO自身的结构特点和其特殊的工作状态,详细介绍了对FPSO进行疲劳分析的基本过程,包括FPSO疲劳校核区域的确定,波浪统计预报、主要校核部位的疲劳计算方法和过程。

浮式钻井生产储卸装置运动性能分析

首先介绍了浮式钻井生产储卸装置(FDPSO)设有月池开口的船型特点,为评估月池开口对FDPSO船体运动性能的影响,设计了不同月池尺寸的方案。采用三维势流理论对不同月池尺寸方案水动力性能进行计算,得到FDPSO船体运动传递函数,总结FDPSO船体横摇和垂荡运动响应随月池尺寸变化的规律,并确定合理的目标FDPSO方案。最后对目标FDPSO方案进行运动性能实例分析,评估目标FDPSO方案的耐波性。

守护船撞击海洋平台及FPSO碰撞场景研究

海洋平台及FPSO存在遭受守护船撞击的可能性,由此产生的结构损伤会影响到平台及FPSO的安全,因此在结构设计时需要考虑其抗撞性能。守护船与平台及FPSO的碰撞决定着平台及FPSO结构的合理性和经济性,目前我国尚没有相关的碰撞场景规范,设计时多采用国外有关规范。碰撞场景取决于海况条件和操作规定,而我国的海况与国外并不相同,所采用的操作规定也有差别,因此完全套用国外规范不尽合理。以一艘5000吨级守护船为研究对象,利用水动力学计算方法,研究守护船与导管架平台及FPSO的最大碰撞速度。选取我国近海油气田所在的典型海洋环境条件,探讨了不同水深、波浪条件以及碰撞方向对最大碰撞速度的影响。研究结果表明,守护船侧向撞击FPSO的最大碰撞速度最大,在实际工程作业中须注意此情景。