深水半潜式平台聚酯缆张紧式系泊研究

该文主要研究了聚酯缆张紧式系泊在深海作业条件下的相关性能。首先总结聚酯缆材料的非线性伸长特性及规范法规的相关要求,针对1 500m作业水深下的半潜式平台的相关参数设计了聚酯缆材料的张紧式系泊系统,并对系泊系统在作业工况和自存工况下进行了时域耦合动力分析,根据规范对平台运动位移和线张力采用不同轴向刚度值进行模拟,分析了单根破断对耦合系统的影响,并校核计算结果,发现完全符合规范要求。     

基于NARX神经网络的系泊系统传递函数识别方法

提出一种基于NARX(Nonlinear Auto-Regressive Model with Exogenous Inputs)神经网络和谐波探测法的非线性系统传递函数识别方法。该方法可基于实测响应数据,采用NARX神经网络方法对结构响应模型进行训练。在此基础上采用谐波探测法得到系统响应传递函数。选取深海半潜浮式平台及系泊系统为研究对象,计算平台及其系泊系统在不同波浪工况作用下的时域耦合响应,以波高和系泊缆张力时程作为数据集,利用NARX神经网络结合谐波探测法辨识此系泊系统的响应传递函数。采用识别的传递函数预测系泊缆在不同海况下的张力响应,并与数值计算结果进行对比,证明NARX神经网络结合谐波探测法可较好地识别系泊浮体系统的非线性响应传递函数,并能够对系泊系统的张力响应进行准确预测。     

系泊参数对油气资源开发保障平台系泊性能的影响

基于时域非线性耦合分析方法,改变平台系泊系统的系泊参数,计算平台运动响应和系泊缆张力响应,以平台最大偏移量和系泊缆张力安全因数为优选对象,研究系泊参数的变化对系泊性能的影响。结果表明:系泊缆截面水动力系数和系泊缆的组内角对平台系泊系统的响应影响并不显著;系泊性能对系泊缆数量的变化非常敏感,在合理范围内增加系泊缆的根数使系泊缆的最大张力迅速减小,平台的最大位移也随之减小;合理选取系泊缆材料分布、系泊缆总长度、系泊缆组间角等可大幅改善平台的系泊性能。     

极端载荷下半潜式平台系泊方法及性能对比

以某深水半潜式平台为研究对象,针对1 400 m 工作水深的12点系泊系统,采用时域耦合分析方法对比分析南海某设计工况下张紧式系泊与悬链线式系泊平台的运动响应和系泊缆动力特性,进而研究极端载荷作用下受力最大的系泊缆断裂时二者的变化情况。结果表明：与悬链线式系泊相比,无论是完整状态抑或是破断状态,张紧式系泊均具有更好的系泊性能,但聚酯缆材料的刚度非线性程度较大。分析结果可为系泊系统的设计与选择提供参考。     

不同系泊缆组合对FLNG单点系泊系统特性的影响

单点系泊系统设计是FLNG(浮式液化天然气生产储卸装置)总体布置的关键点之一。为了探究不同系泊缆组合对FLNG单点系泊系统特性的影响,采用Ariane软件,基于时域计算方法,分析了中间缆为钢缆和聚酯缆的悬链线式系泊系统方案及聚酯缆张紧式系泊系统方案的系泊特性。结果表明:对于悬链线式系泊系统,中间缆为钢缆时,随着预张力增大,缆绳最小安全系数和最小躺底长度先变大后变小,作用在FLNG上的环境载荷变小;中间缆为聚酯缆时,随着预张力增大,缆绳最小安全系数和最小躺底长度逐渐变小,作用在FLNG上的环境载荷比钢缆方案下的小,但变化规律较复杂。中间缆为聚酯缆时最大系泊缆张力和转塔最大偏移量均比采用钢缆时要小,但系泊缆最小躺底长度要大;中间缆采用钢缆时锚容易定位,但对于深水海域,钢缆自重较大;而采用聚酯缆时锚不易定位,且缆绳总长较长,成本较高。与聚酯缆悬链线式系泊系统相比,聚酯缆张紧式系泊系统的缆绳规格较大,总成本优势不大。研究成果可为单点系泊系统的合理选型及设计提供参考。     

国产聚酯缆性能评估及其在陵水17-2气田“深海一号”能源站的适用性研究北大核心CSCD

聚酯缆系泊系统已在国际上广泛应用于浮式平台,但在国内的应用还未有先例。本文基于国内研发的深海系泊聚酯缆,通过试验的方法评估国产聚酯缆在材料丝、破断载荷、子绳伸长和刚度等方面的性能,明确了国产聚酯缆在材料丝和破断载荷方面与进口聚酯缆没有差距,但在子绳伸长和刚度性能,测试所得多组数据之间的偏差比进口缆较大。通过数值模拟的方法,开展了国产聚酯缆在陵水17-2气田半潜式生产平台——“深海一号”能源站的水动力分析和系泊系统时域耦合分析,结果表明国产聚酯缆的伸长性能和刚度性能也能够较好地满足深水半潜式生产平台系泊系统的设计要求。本文研究成果为国产聚酯缆在中国南海深水海域的进一步应用提供了参考依据。     

国产聚酯缆性能评估及其在陵水17-2气田“深海一号”能源站的适用性研究

聚酯缆系泊系统已在国际上广泛应用于浮式平台,但在国内的应用还未有先例。本文基于国内研发的深海系泊聚酯缆,通过试验的方法评估国产聚酯缆在材料丝、破断载荷、子绳伸长和刚度等方面的性能,明确了国产聚酯缆在材料丝和破断载荷方面与进口聚酯缆没有差距,但在子绳伸长和刚度性能,测试所得多组数据之间的偏差比进口缆较大。通过数值模拟的方法,开展了国产聚酯缆在陵水17-2气田半潜式生产平台——"深海一号"能源站的水动力分析和系泊系统时域耦合分析,结果表明国产聚酯缆的伸长性能和刚度性能也能够较好地满足深水半潜式生产平台系泊系统的设计要求。本文研究成果为国产聚酯缆在中国南海深水海域的进一步应用提供了参考依据。     

动力定位失效模式下FPSO-CALM系泊系统的动力学特性响应研究

动力定位FPSO侧推器失效后会对CALM系泊系统造成影响,需要对这种影响进行预测与评估。采用凝集质量法将系泊缆索离散为凝集质量模型并计算系泊缆的系泊张力,运用PID控制系统对船舶的侧推器进行推力分配,在波谱为JONSWAP的波浪作用下,研究FPSO的动力定位系统失效对CALM浮标水平三自由度运动的影响,以及对系泊缆、系船缆及输油软管有效张力的影响。结果表明:在JONSWAP波的作用下,动力定位系统的失效使得船舶水平三自由度的运动幅度高于CALM浮筒,并且输油软管会产生比系船缆更大的突变张力;失效后处于稳定阶段时,系船缆能够承担更多的有效张力分量;值得注意的是,在侧推器失效后系泊系统中的突变张力无法有效分散到每根系泊缆绳上。     

极端波浪条件下浅水系泊线张力陡增及应对方案

针对浅水条件下系泊刚度过大、在极端海况下容易出现系泊线张力陡增的问题,采用数值计算方法,研究系泊线张力陡增成因,分析2种水深下系泊线躺底段长度变化对半潜式平台最大水平偏移和系泊线最大张力的影响,并考虑海床参数对系泊系统响应特征的影响。结果表明：在浅水系泊中,系泊刚度过大及强非线性是导致系泊线张力陡增的重要原因;增加系泊线躺底段长度、减小系泊线轴向刚度,可有效改变和优化系泊系统水平方向总刚度,减小系泊线张力陡增幅值。优化系泊线躺底段长度的方案可用于浮式平台的浅水系泊系统。     

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。     

海上浮式风机码头系泊方案及系统动力响应

研究浮式风机整机码头系泊方案及环境载荷作用下的动力响应。考虑钢缆-尼龙缆复合缆、非线性护舷,设计高位系泊和低位系泊两种浮式风机的码头系泊方案。考虑风浪流环境载荷,计算浮式风机整机码头系泊的动力响应,分析系泊方式、浪向、谱峰周期等参数对浮式风机运动、机舱加速度、缆绳张力等的影响。结果表明：针对给定的环境参数,浮式风机各自由度运动极值都不大,在90°浪向下浮式风机的运动最明显;高位系泊比低位系泊更安全,在施工允许的情况下,采用较高的系泊位置是有利的。所作研究为浮式风机系统码头系泊方案提供参考。     

浮式风机浅水系泊松弛-张紧特性

以10 MW浮式风机的系泊系统为研究对象,分析不同工况、不同系泊参数下系泊缆张力和风机运动响应变化规律,探讨系泊缆松弛-张紧现象产生的原因,分析不同系泊参数对系泊缆极限张力的影响。结果表明：提高导缆孔高度、在系泊缆上增加质量块和浮筒均可有效消除系泊缆松弛状态,减小系泊极限张力,保证系泊安全。     

不同本构模型限弯器非线性力学分析

在外载荷作用下管缆会发生大变形,且管缆与限弯器间出现接触非线性,难以建立管缆与限弯器耦合理论模型进行求解。为此,考虑聚氨酯材料超弹性特性,采用ABAQUS有限元软件研究不同本构模型与不同温度下限弯器对柔性管缆曲率半径的影响。研究结果表明:安装限弯器时管缆最小曲率半径为4. 90～6. 00 m,符合安全工作要求;采用Ogden本构模型管缆最大应变为0. 011,与其他本构模型有较大差异,因此采用Ogden本构模型获得数据较为保守;限弯器数量对管缆最小曲率半径有影响,当限弯器由4个增至10个时,管缆最小弯曲半径从4. 61 m增加到4. 87 m,且增加趋势逐渐减缓;聚氨酯的力学性能随温度的变化而变化,分别选取3种温度(0、10和20℃)进行计算,管缆最小曲率半径分别为5. 40、5. 25和5. 00 m;随着温度升高,聚氨酯材料塑性增强,使得限弯器作用逐渐减小,管道曲率半径也随之减小,因此安装限弯器时一定要考虑环境温度,采取相应隔热措施,这样有助于增强限弯效果。研究结果可为水下限弯器的设计提供理论依据。     

深水半潜平台悬链线式系泊系统耦合动力分析

探讨悬链线式系泊系统的基本特性,分析系泊缆直径、长度和预张力角度对系泊缆动力特性的影响,初步计算分析了1500m水深时较为经济的悬链线式系泊系统,结果表明改变系泊缆布置角度和系泊缆数目可以在一定程度上改善系统的运动响应和动力效应,但是深水悬链线式系泊系统经济性和平台作业能力等问题仍需研究。     

基于三维势流理论的浮托驳船安装设计

在三维势流理论的基础上通过边界条件和控制方程分析流体入射势、辐射势、绕射势等3种速度势,引入悬链线法和集中质量法建立关于浮托安装进船、浮托安装退船、驳船就位停泊等3个阶段的驳船船缆耦合运动模型。当波浪方向为270°时停泊就位阶段最大系泊缆张力达176.67 t,对应的系泊缆为左舷艉部,此时安全因数最小（2.16）,系泊缆设计张力为185.20 t。在进船阶段艉部系泊缆张力在3个阶段依次减小,舯部和艏部系泊缆张力在3个阶段依次增大。集中质量法求得的和MOSES软件得到的进船和退船系泊缆张力误差分别为2.3%和5.6%。研究设计的浮托驳船安装系泊运动计算模型适用于不同工况下的系泊缆张力。     

多点系泊的FLNG艉输作业可行性

以一艘多点系泊的浮式液化天然气船(Floating Liquefied Natural Gas Carrier,FLNG)为研究对象,结合西非海区特定的环境条件,采用耦合时域方法模拟其艉输作业时系统总体的动态响应,论证采用艉输方式的作业可行性,并对其外输临时系泊系统进行优化设计。研究表明:艉输作业时FLNG的多点系泊缆绳张力、外输缆绳张力、FLNG与LNG运输船之间的间距、立管顶部水平偏移等结果均可满足设计基础要求。随着外输海况的提升以及环境载荷入射角度的增大,外输系泊缆张力与生产立管顶部最大偏移量快速增大。外输系泊缆载荷受缆绳材料的影响较大,对于外输系泊缆绳布置而言,采用单根布置优于2根布置。     

一种新型复合系缆对单点系泊FPSO水动力性能的影响分析

以胡克定律及复合系缆在力的作用下不同组成成分伸长量相同为出发点,计算出新型复合系缆的轴向刚度。应用三维势流理论以及非线性时域耦合的方法,研究以新型复合系缆作为系泊系统时FPSO的水动力性能,并与“钢链一钢缆一钢链”、“钢链-聚酯缆-钢链”等传统复合系缆作对比。研究表明：新型复合系缆水动力性能优异,经济性能良好,为FPSO单点系泊系统的设计和研究提供有效参考。     

基于Abaqus的合成纤维缆动刚度特性

基于Abaqus的AQUA模块，分析外激励作用下合成纤维缆的动力特性。使用Abaqus中UMAT子程序模拟缆索的动刚度特性。以水深为1 500 m的深水绷紧式系泊系统为研究对象，分别对其进行静刚度和动刚度计算，比较2种情况下缆索张力的变化。传统缆索张力算法认为整根缆的张力与刚度相同，分别以缆首端和尾端为研究对象，比较其动张力与动刚度的区别，说明在采用传统算法计算时存在误差。分析自重和海流力对缆索张力和动刚度的影响，发现自重和海流力在张力计算中不可忽略。分析外激励幅值和周期变化对缆索张力和动刚度的影响，结果表明张力峰值随外激励幅值的增大而增大，缆索张力和动刚度周期随外激励周期的变化而变化。     

浅水八角形FPSO永久多点系泊系统研究

设计了浅水八角形FPSO聚酯缆永久多点系泊系统,该系泊系统由9根系泊缆组成,分成3组均匀分布在FPSO周围,每根系泊缆包括桩锚、锚链、中水浮筒和聚酯缆。对八角形FPSO的运动性能及聚酯缆系泊系统的系泊力进行了分析,结果表明:八角形FPSO具备优良的运动性能,聚酯缆系泊系统具有良好的操作性和经济性。     

弹性超大型浮体系泊动力响应特性

为深入了解浮体弹性对系泊张力的影响,基于有限元思想和集中质量法对浮体的系泊系统进行耦合分析,研究弹性浮体的运动响应和系泊缆张力,编制相关程序,将所得结果与相关试验结果进行对比,验证数值方法的准确性。以某弹性超大型浮体为例,建立相关数学模型,在规则波中计算得到不同浮体弹性模量和不同波浪频率下8根系泊缆的最大张力。研究表明：在波浪频率达到共振频率之前,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增大而增大;在波浪频率超过共振频率之后,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增加而减小。