深水半潜式平台运动响应预报方法的对比分析

分别采用频域分析法与时域分析法对南海某深水半潜式平台的运动响应进行了计算,对比分析了两种方法在深水半潜式平台运动响应预报结果上的异同.对于波频运动(纵摇、横摇、垂荡),两种方法的计算结果较为吻合;对于纵荡和横荡运动,频域分析法的计算结果低于时域分析法计算结果.频域分析法对深水半潜式平台波频运动的预报精度较高,但对非线性效应明显的平台纵荡和横荡运动的预报结果偏低,仅适用于平台方案选型或设计的初期阶段;而时域分析法可以更好地处理深水半潜式平台运动响应计算中的非线性问题,更适用于平台设计的后期阶段.     

西非多点系泊FPSO波频运动预报研究

应用三维势流理论及非线性时域动力耦合分析方法,针对西非深水海域的一座多点系泊浮式生产储油装置(FPSO),在涌浪海洋环境下对其进行了时域耦合计算和频域短期预报计算,并与模型试验结果进行了对比,较好地预报了该FPSO的波频运动性能,包括垂荡、横摇和纵摇,从而为我国深水海洋工程方案设计研究提供了技术储备.     

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。     

深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近，主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点，针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减，并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数；基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)和固有周期，并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明：深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期；平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响，低频特性明显；垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大，垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好，适应南海海况，所得结果可为工程应用提供相关参考。     

新型防垂荡型半潜式钻井平台

设计出一种新构型的半潜式钻井平台,采用数值模拟软件分析了新型平台在频域和时域的垂荡响应,并与双浮体四立柱结构和垂荡板结构的半潜式钻井平台进行了对比。介绍了新型平台的设计原理以及进行相关分析时的理论基础、数学模型和边界条件。结果表明,与双浮体四立柱和垂荡板结构平台相比,频域分析中新型平台的垂荡响应最大值和均值都显著减小;新型平台的垂荡固有周期显著增加,能有效防止共振的发生;系泊时域耦合分析中,新型平台的纵荡、横荡、横摇响应较小,且垂荡响应大幅减小;谱分析中新型平台有更小的垂荡响应谱峰值和更好的波频特性。新型平台防垂荡性能优异,结构合理、可行,可为新一代半潜式钻井平台的设计、选型提供参考。图8表2参18     

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。     

浮式液化天然气储存装置单点系泊水动力特性分析

针对设计的计划作业于南海1 500 m水深海域的浮式液化天然气储存装置(FLNG),开展了水池模型试验和数值计算分析,模拟了南海的环境条件,采集了单点系泊下的FLNG船体六自由度运动以及系泊锚链顶端载荷时历,在频域和时域范围对FLNG水动力特性以及舱内液体晃荡对FLNG的影响进行了研究,结果表明:在频域分析中,舱内液体晃荡使得FLNG的横摇运动在波频范围表现出较固体装载更小的运动响应;在时域分析中,舱内液体晃荡在南海一年一遇海况下加剧了FLNG的横摇运动;在百年一遇海况下削弱了该型FLNG的横摇运动;舱内液体晃荡对FLNG的纵摇、垂荡、纵荡、横荡以及艏摇运动影响较小。在此基础上,提出了系泊系统优化方案并进行了数值计算研究,认为在满足一定安全裕度的条件下能够通过减少系泊锚链数目显著降低建造成本,这对现阶段FLNG的自主设计提供了一定的参考依据。     

垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析

随着深海石油开发需求的不断增加,Spar平台的设计制造成为海油工程领域关注的热点。为探究垂荡板结构对Truss Spar平台动力响应的影响,在三维势流理论的动力响应方程的基础上,利用水动力计算软件ANSYS-AQWA,建立Truss Spar平台水动力模型,改变中段部分的桁架式结构中垂荡板的数目,应用频域分析法对附有不同数目垂荡板的TrussSpar平台进行动力响应计算和比较。计算结果表明,垂荡板结构能有效抑制TrussSpar平台的运动,而且垂荡板的数量越多对平台的垂向运动性能的改善效果越好。     

用短峰波理论预报南海浮式生产储油装置运动响应

用短峰波理论并采用谱分析法,对在南海100年重现期极端环境条件下转塔式单点系泊的浮式生产储油装置(FPSO)的耐波性进行了分析。与长峰波理论计算结果相比,短峰波理论计算结果具有以下特点:①FPSO横摇运动幅值和纵摇运动幅值对波向角的变化不太敏感,其最大值与最小值之间的差值较小;②在迎浪状态下FPSO的横摇运动幅值不为0,而且会产生较大的横摇运动响应;③在横浪状态下FPSO也会产生较大的纵摇运动响应。短峰波理论的运动响应计算结果打破了PFSO在迎浪时模摇运动为0,在横浪时纵摇运动为0的传统观念。南海FPSO设计运动参数选择以短峰波压载状态下的计算结果为依据。     

非线性静水恢复力影响下的海上漂浮式Spar型风机水动力特性

研究非线性静水恢复力对海上漂浮式Spar型风机的水动力特性的影响。通过解析法推导非线性静水恢复刚度系数,并使用AQWA中的非线性模型验证当前推导的解析解的准确性。考虑非线性静水恢复刚度系数,采用编程程序对Spar型浮式风机进行时域分析,将结果与线性静水恢复力作用下的运动响应进行对比,并分析Spar型浮式风机的水动力特性以及静水非线性带来的影响。结果表明：流体静力非线性对浮式风机垂荡响应有显著影响,且这种影响随浮式风机旋转运动增大而增大;在极限海况下,由静水非线性引起的垂荡、横摇和纵摇响应差异为16%~40%,显示非线性静水力在运动响应中应予以重视。     

新概念FPSO——IQFP方案设计与稳性研究

根据所研发的圆角倒棱台形FPSO,以渤海海域边际油田为目标油田,优化设计了一座IQFP总体方案。根据FPSO的实际工作情况和要求,对IQFP在拖船、作业以及风暴自存工况下进行了完整稳性和破舱稳性计算以及稳性变化规律分析,并根据规范做了校核。结果表明,IQFP的稳性具有较大的裕度,验证了所研发新概念FPSO的先进性,并为进一步开展IQFP水动力性能及系泊性能等关键性问题研究提供了理论基础和依据。     

系泊系统运动响应计算研究

介绍了一种计算系泊系统在波浪上运动响应的频域方法。采用频域格林函数法与有限差分法分别计算系泊浮体与锚泊线的运动特性,通过耦合迭代,计算了系泊系统的频域运动响应特性。最后,采用本方法计算了系泊FPSO的运动响应,通过对计算结果的分析表明本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报。     

基于MOSES的FPSO限位作业中拖船布置方案适用性分析

为了将浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）限定在特定区域,给出一套FPSO限位作业拖船布置方案,并对该方案进行数值仿真计算,基于MOSES软件将FPSO、软钢臂、系泊腿和限位拖缆构成限位分析多刚体耦合计算模型,根据不同的装载和环境工况,通过频域分析计算响应幅值算子（Response Amplitude Operator,RAO）,在时域下模拟FPSO的运动响应,应用统计方法对运动响应和拖缆的受力进行统计并计算最大值,计算结果为限位作业的安全可行提供参考依据。     

漂浮压载状态下自升式平台的运动响应分析

针对传统一阶理论在自升式平台漂浮压载工况下水动力计算精度不足的问题，以某自升式海上石油钻井平台为研究对象，建立平台水动力分析模型，在浅吃水状态下考虑波浪对平台的二阶作用，运用高阶边界元方法对平台的一阶和二阶水动力问题进行求解。通过数值模拟，给出多种波浪频率入射条件下平台的波浪力和运动响应数值计算结果。结果表明：在漂浮压载状态下，二阶波浪力在水平方向上对波浪力幅值影响较大；从运动响应角度看，无论是水平方向还是竖直方向，二阶波浪作用都不可忽视。     

浮式生产储油船(FPSO)迁航性能计算

应用作业海域波浪短期统计特征长期分布计算法、粘性阻力和风浪中阻力增加计算以及运动与荷载的频域Green函数的计算方法,提供了FPSO迁航海况选择、迁航阻力确定和船体运动与遭遇波浪荷载预报的计算方法和应用实例。计算方法和性能表达方式对于FPSO迁航作业设计具有工程应用意义。     

基于可燃冰开发的深吃水半潜式平台水动力性能分析

以应用于1 500 m作业水深的深吃水半潜式平台为研究对象,通过水池模型试验对水动力性能进行深入研究,并且与某典型浅吃水半潜式平台进行对比。结果表明,深吃水半潜式平台纵摇、横摇和垂荡固有周期显著短于传统浅吃水平台,在波频范围内前者运动响应大幅减小,在作业海况下最大摇摆运动为1.54°、最大水平运动为13.12 m,具有良好的运动性能,能够满足深海可燃冰开发的工程需求。     

3000米深水半潜式钻井平台运动性能研究

应用SESAM程序系统研究了4种深水半潜式钻井平台的运动性能。首先建立深水半潜式钻井平台的三维水动力模型,然后采用Morison公式和势流理论相结合的方法进行计算分析,获得了半潜式钻井平台运动响应的传递函数和固有周期。在此基础上,结合我国南海海况资料,应用频域分析法对深水半潜式钻井平台运动响应进行了短期预报。研究结果对深水半潜式钻井平台船型的选择有参考意义。     

FPSO时域动态拖航分析

以某油田弃置退役浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)为研究目标,采用非线性时域动态分析方法考虑不同环境条件组合影响,对FPSO的拖航进行时域下拖缆张力响应和FPSO艏摇运动响应分析。结果表明,在给定海况下,被拖物FPSO的拖缆最大张力小于设计破断力,其最大艏摇角度接近30°。在分析过程中系统处于稳定状态,没有出现发散现象。出于保守考虑,在分析中假定拖船固定,给出的计算结果偏保守。