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。     

基于空气动力-水动力耦合分析的SPAR基础浮式风机系泊系统疲劳分析

以OC3 Hywind SPAR单立柱基础形式浮式风机为研究对象,基于非线性空气动力-水动力耦合时域算法,对该浮式风机在中国南海北部某海域风浪流共同作用下的系泊系统疲劳响应特性展开研究,对比钢链、钢缆的疲劳响应特性以及定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统疲劳特性的影响。计算结果表明:在条件一致的情况下,钢缆疲劳性能优于钢链;系泊系统疲劳累积损伤主要来自于风机运行工况,开机、关机以及故障工况的贡献较小但不应忽视;与湍流风相比,采用定常风进行浮式风机系泊系统疲劳分析将得到偏于危险的结果。建议在系泊系统设计阶段充分重视系泊缆材质的选择,采取湍流风模型开展系泊系统的疲劳设计以保证浮式风机运行安全。     

基于确定性规则波法的CALM系统锚链疲劳强度分析

CALM型单点系泊系统作为原油装卸终端通常通过悬链式锚链固定在特定海域,锚链在风、浪、流等载荷作用下很容易产生疲劳破坏,合理确定锚链的疲劳寿命至关重要。以某30×10~4t的CALM系统为例,首先基于Longuet-Higgins分布对其所在海域的波浪散布图进行离散,得到了规则波散布图,最后采用确定性规则波法对锚链疲劳损伤进行了评估。通过实例分析,给出了基于Longuet-Higgins分布的波浪散布图离散为规则波的一般方法,提供了采用确定性规则波法进行锚链疲劳损伤的分析流程。该方法具有计算速度快、占用资源少的优点,可为系泊锚链的疲劳评估提供参考。     

本期导读

正海洋工程OFFSHORE ENGINEERING CALM型单点系泊系统作为原油装卸终端通常通过悬链式锚链固定在特定海域,锚链在风、浪、流等载荷作用下很容易产生疲劳破坏,合理确定锚链的疲劳寿命至关重要。"基于确定性规则波法的CALM系统锚链疲劳强度分析"一文,以某30×10~4t油船的CALM系统为例,首先基于Longuet-Higgins分布对其所在海域的波浪散布图进行离散,得到了规则波散布图,最后采用确定性规则波法对锚链疲劳损伤进行了评估。通过实例分析,给出了基于Longuet-Higgins分布的波浪散布图离散为规则波的一般方法,提供了采用确定性规则波法进行锚链疲劳损伤的分析流程。该方法具有计算速度快、占用资源少的优点,可为系泊锚链的疲劳评估提供参考。     

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。     

浅水新型FPSO张紧式多点系泊系统时域分析

为了确定新型圆角倒棱台形FPSO(IQFP)的系泊系统方案,进一步研究浅水张紧式多点系泊系统的基本特性,考虑风、浪、流的联合作用,对IQFP张紧式多点系泊系统进行了作业工况和生存工况下的时域耦合运动响应分析,得到了浮体运动和系缆张力的时历曲线。研究结果表明,浮体的水平偏移和系缆的张力都符合规范要求,系泊性能优良。在此基础上,通过谱密度分析,从能量角度对浅水张紧式系泊特性进行分析。分析结果表明,与悬链线式系泊相比,采用张紧式多点系泊的浅水IQFP的浮体低频运动响应很微小,而系缆张力中波频力和低频力所占比例几乎相同,从而进一步验证了张紧式多点系泊系统适用于浅水海域的优越性。     

深水半潜式平台聚酯纤维系泊方案分析

基于某目标气田深水半潜式生产平台的动力特性,其系泊方案拟采用一套张紧型聚酯纤维系泊系统。根据ABS推荐方法,采用耦合动力学分析技术,对该系泊方案进行了强度与疲劳分析,研究了不同系泊刚度模型对校核结果的影响,并开展了环境条件、平台吃水及缆绳拖曳力系数等因素的敏感性分析。分析结果表明:在设计环境条件下,系泊系统的极限强度与疲劳寿命均可满足规范要求;相对于静动态刚度结合模型,上下边界刚度模型将产生更大的系泊张力与疲劳损伤;对于系泊缆绳强度而言,最不利环境条件是当谱峰周期取其标准值时,此外深水条件下系泊缆绳的黏性拖曳力系数对缆绳张力的影响较大。本文研究结果可为聚酯纤维应用于深水系泊系统提供参考。     

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法（Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD）的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。     

半潜式海洋生活平台导缆器基座结构疲劳分析

以某半潜式海洋生活平台导缆器基座结构为例,基于DNV GL船级社规范,介绍一种针对低频张力与波频张力产生的组合疲劳损伤的分析方法。以系泊分析结果作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在某一工况条件下应力过程低频(波频)部分的标准差,通过线性换算可得到其他工况应力过程低频(波频)部分的标准差。考虑板厚效应,进一步可确定该工况条件下组合低频与波频应力响应过程的零阶谱矩。基于双斜率S-N曲线疲劳损伤公式,考虑平台使用年限、设计疲劳因子及某一海况发生的概率,分别计算疲劳损伤值D_1和D_2;根据Miner准则可得到设计使用年限内累积的疲劳损伤。基于DNV GL规范,对导缆器基座结构进行疲劳分析校核;该疲劳分析方法同样适用于承受低频和波频载荷的其他浮式海洋结构物系泊系统基座的疲劳分析。     

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。     

极地半潜式钻井平台系泊系统设计

针对1艘设计用于极地海域作业的半潜式钻井平台开展系泊系统设计工作。对平台的系泊定位能力进行分析与校核。系泊设计的水深范围为100~500 m,环境条件筛选一年一遇海况作为作业工况设计海况,百年一遇海况作为自存工况设计海况。为验证平台在夏季无冰海况和弱冰情季节有冰条件下的平台系泊定位性能,选取风、浪、流载荷作为非冰期的主要环境载荷,选取风、流、冰载荷作为初、末冰期的主要环境载荷。计算结果表明,如不考虑冰山等恶劣情况,选用常规锚链作为系泊系统可满足平台在极地海域的夏季和弱冰期的作业需求。     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。     

固定塔式单点系泊系统中塔架结构的疲劳分析

本文针对我国海域使用的固定塔式单点系泊系统,提出使用理论分析手段估算单点系泊系统中塔架结构因系泊油轮的往复运动造成的疲劳损伤;在中海石油工程设计公司现有计算分析软件SACS,OSCAR—Ⅱ的基础上,开发了用于OS-CAR—Ⅱ结果处理的数值滤波、等效幅值、等效频次统计的辅助软件;并以某实际系泊系统为例,计算了一个方向上波浪荷载直接和间接作用引起的疲劳损伤。     

复杂海况下系泊系统-起重船-吊物耦合运动响应模拟分析

针对起重船海上作业过程中的船体、吊物与系泊缆耦合作用,开展数值仿真。基于动力学基本原理、势流理论和细长杆理论,编写系泊系统-起重船-吊物耦合运动分析程序。以蓝鲸号起重船为研究对象,重点关注风、浪、流环境组合作用下起重船、吊物和系泊缆的运动和动力学行为。结果验证了多系统耦合的起重船计算模型的合理性,获取有关运动响应受环境载荷影响的相关认知,可有效指导海上吊装作业。     

速度梯度对立管涡激振动疲劳损伤影响分析

将钢悬链式立管SCR(Steel Catenary Riser)简化为索模型,首先对立管进行了模态分析,并通过模态叠加法计算了涡激振动响应。然后基于瑞利分布,对立管进行了疲劳损伤分析,得到了立管的年疲劳损伤率。以1 500 m水深Spar平台相连接的钢悬链式立管为例,通过改变剪切流的来流梯度来研究其对疲劳损伤产生的影响。计算结果表明,立管最大疲劳损伤通常出现在边界区域,并且随着来流速度梯度的减小,立管的能量激励区域增大,疲劳损伤也随之变大。     

系泊导管架管节点低温疲劳评估

在低温及环境载荷的综合作用下,极地作业的系泊导管架管节点焊接结构极易发生疲劳破坏,因此加强管节点低温疲劳特性研究具有重要意义。通过有限元软件对系泊导管架进行整体强度分析,并基于结构应力法和组合谱分析方法对飞溅区管节点进行疲劳评估。研究结果表明:在100 a重现期海况下,飞溅区管节点为系泊导管架的危险节点;在室温至-60℃范围,随着温度降低,420 MPa结构钢管节点焊缝疲劳性能有所提升;采用常规主S-N曲线进行低温焊缝疲劳评估存在一定误差; 420 MPa船用钢在低温下具有良好的疲劳性能,可以应用于极地地区海洋结构物建造,同时结构应力法可用于低温焊接结构疲劳强度评估。研究结果可为海洋工程结构的安全评价提供参考。     

浮式平台损伤锚链的强度评估方法

基于接触算法和相对强度法,提出浮式平台系泊系统损伤锚链强度评估方法.实例利用接触算法和相对强度法对一浮式平台的损伤平台链环的破断力进行了计算,并对其进行了强度评估.计算结果表明,该评估方法可用于浮式平台系泊系统损伤锚链的强度评估,也可用于其他系泊系统损伤锚链的强度评估.     

张紧式系泊方式对深水半潜平台性能影响研究

张紧式系泊是一种适用于深水定位的系泊方式。针对作业水深为2 000 m的半潜式钻井平台,设计了不同的张紧式系泊布置方案,通过系泊系统耦合分析,对方案逐步优化,最终确定系泊系统参数。并在确定的系泊布置形式下,分析了平台作业状态下的运动性能,可为平台系泊系统设计提供参考。     

深水油气水下井口系统疲劳损伤影响因素

深水油气水下井口系统作为作业的安全屏障，长期承受由环境载荷引起的周期性疲劳载荷而产生疲劳，一旦井口发生疲劳失效将导致井喷等重大事故。通过系统总结水下井口系统疲劳损伤影响因素，定性、定量分析各种因素对水下井口疲劳损伤影响，初步探究水下井口疲劳损伤诱因的影响机理。影响水下井口系统疲劳损伤因素可分水下井口系统承受外部载荷和自身疲劳抗力，前者包括环境载荷、土壤载荷、作业环境和装备等因素，主要通过改变传递到井口系统动载荷和导管、套管承受弯矩载荷改变井口疲劳损伤；后者包括井口类型选择、井口设计和导管、套管选择等因素，主要通过改变导管、套管载荷分配和承受弯矩载荷能力以及井口系统承受动载荷能力对井口疲劳损伤产生影响。其中，环境载荷、防喷器尺寸重量、井口类型以及焊接质量和位置等是影响井口疲劳损伤的关键因素。     

固定塔式单点系泊系统中塔架结构的疲劳分析

本文针对我国海域使用的固定塔式单点系泊系统，提出使用理论分析手段估算单点系泊系统中塔架结构因系泊油轮的往复运动造成的疲劳损伤；在中海石油工程设计公司现有计划分析软件ＳＡＣＳ、ＯＳＣＡＲ－Ⅱ的基础上，开发了用于ＯＳＣＡＲ－Ⅱ结果处理的数值滤波、等效幅值、等效频次统计的辅助软件，并以某实际系泊系统为例，计算了一个方向上波浪荷载直接和间接作用引起的疲劳损伤。