FPSO系泊系统失效原因探讨

随着海上油田规模的不断扩大和新油田的勘探开发,未来我国服役的FPSO数量会进一步增加。系泊系统的完整性关系到FPSO作业安全,通过对FPSO系泊系统故障进行统计,分析其失效原因,为FPSO系泊系统完整性管理提供参考。     

软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法

以渤海某在役的浮式储油卸油装置(FPSO)软刚臂为研究对象,对其系泊力的测量方法从应变、位移和运动姿态3个方面进行了讨论,并对测量的精度及准确性进行了分析.结果表明,3种方法在测量精度上大体相同,而长期稳定性和成本上倾角仪(运动姿态)方法要好于其他两者.系泊力原型测量方法的应用,不但可以使作业者有效保障现役FPSO的系泊安全,而且其测力结果亦可作为软刚臂系泊性能评估的重要参考.     

浮式生产储油轮诱导软刚臂系泊系统的动力响应

建立软刚臂系泊系统的理论模型和动力方程,模拟实际几何与物理特性及作用机制.开发误差判断结合变步长迭代搜索的数值逼近求解方法和软件,计算分析软刚臂系泊系统在浮式生产储油轮(FPSO)空间6自由度运动诱导下的动力响应特性,并进行模型试验验证.结果表明,该模型的数值计算与试验结果符合很好,而且迭代计算次数少、收敛快、误差小,可用于海上软刚臂系泊FP-SO系统动力性能的实时监测或理论预报.建议进一步研制实时监测装置,实现安全监控与防护.     

FPSO系泊系统设计初步研究

对30万吨FPSO深水系泊系统的设计进行了研究,其中系泊缆为超高分子量聚乙烯纤维绳缆。首先,建立30万吨FPSO模型,分析其水动力性能;然后,选择3×3分组系泊系统,在以上水动力分析的基础上,对系泊系统进行了静力和动力分析,给出了系泊绳缆承受的最大张力;最后,由规范确定绳缆的破断张力。     

基于模拟退火算法的FPSO系泊系统数值计算与仿真

浮式生产储油卸油装置(FPSO)系泊系统的优劣对于其工作安全具有重要意义。该文基于模拟退火算法对近浅海的FPSO系泊系统设计进行优化,以平台游动范围、吃水深度和钢桶倾角三者最小为优化目标,运用微元思想对其系泊系统的钢管和锚链在特定环境、系泊参数及平台稳性约束条件下进行静态分析。利用模拟退火算法的可达全局最优的特点,建立平衡方程,计算并仿真了5种不同型号锚链在指定经济作业下的不同最优目标条件的工作状态。计算结果表明,该方法适用于对FPSO在不同环境下安装的系泊系统运行状态进行分析,对其设计和选择具有指导作用,且能提高优化效率和准确性。     

在役水上软钢臂式系泊系统风险评价简述

近年来软刚臂式单点系泊系统事故屡有发生,因此,有必要对渤海软刚臂式系泊系统关键风险点进行识别,并对风险点进行相应管控.该文对我国渤海海域软钢臂式系泊系统进行了风险辨识与评价,并对其中若干关键风险点进行了相应的解析,为制定相应的RBI检验策略提供依据.     

内转塔式FPSO截断技术及其总体响应

对一作业水深914 m的内转塔式FPSO平台系泊及立管系统进行等效水深截断设计,以解决海洋工程模型试验水池尺度有限的问题.调整系泊线及立管的长度、轴向刚度和单位长度质量,保证其悬链线形状以及静态特性与原系统一致.截断因子较大时,只对系泊线中间部分等效截断,截断因子较小时,海底部分也要适当截断,并分别推导出相应计算公式.最后对整个FPSO系统进行时域耦合分析,比较发现截断后系泊系统静态特性、平台总体响应和系泊线受力都与全水深情况和已有模型试验结果吻合良好.表明截断方法是合理可行的,能保证截断前后平台性能一致.     

深水非线性弹簧截断张紧式系泊系统动力特性

通过分析张紧式系泊系统的力学特性,提出用弹簧系统代替被截断系泊线并准确模拟其刚度特性的方法.截断水深以上系泊线刚度保持不变,讨论弹簧长度、位置及非线性系数的确定方法,保证截断前后系统的静力特性相似.提出改变截断后系泊线直径和单位长度质量的计算方法,准确模拟系泊线的动力特性.将一作业水深3 048m的FPSO内转塔式系泊系统分别等效截断到1 000m和500m,通过静态分析和时域动态分析可知:截断前后系泊线的预张力、顶部张角、静力特性曲线、平台总体响应和系泊线受力都符合良好,证明了所提截断方案的合理性和正确性.     

基于轴承故障诊断的软刚臂模型实验设计研究

针对软刚臂上铰点推力滚子轴承的故障信号易被其他信号干扰的问题,提出了最小熵解卷积(MED)理论,并以明珠号FPSO系泊腿推力滚子轴承为研究对象,设计了大比尺模型实验,模型实验包括单点平台、软刚臂、系泊支架3个部分.试验中,六自由度平台代替浮体做艏摇运动,通过完好的推力滚子轴承与故障的推力滚子轴承加速度信号做比较,对轴承...     

基于LSTM的软刚臂单点系泊力预测方法研究

软刚臂单点系泊系统是一种在浅水中对浮式生产储卸油装置FPSO进行定位的重要装备。针对软刚臂单点受力的实时预测问题,提出了一种利用深度学习算法(长短期记忆神经网络模型LSTM)搭建适合软刚臂单点的人工神经网络模型,利用OrcaFlex耦合计算软件提供数值样本,通过Tensor Flow和Keras深度学习框架,形成软刚臂单点系泊力深度学习模型,用于实现系泊力的实时预测。通过深度学习预测值与数值计算值的实例对比,验证了模型的准确性。     

水上软刚臂系泊系统YOKE失效分析

以渤海油田水上软刚臂系泊系统YOKE失效案例分析为基础,阐述了YOKE失效分析的基本方法。通过YOKE失效原因分析,对今后复杂环境工况下如何提高系泊系统设计可靠性有所启发。     

基于实测的软刚臂横摆疲劳分析

针对浮式生产储存卸货装置中软刚臂系泊系统所产生的横摆问题,运用相位分析方法分析软刚臂横摆与船体横摇的共振现象,研究了软刚臂横摆的疲劳分析方法;以软刚臂上铰点为例,运用雨流计数方法统计上铰点1a的循环次数,并推算出其15a的循环次数,利用有限元方法计算15a的循环次数下的疲劳损伤.结果表明,上铰点的整体损伤达到了0.57.在软刚臂的设计年限内,上铰点存在疲劳失效的隐患风险,亟需寻找切实可行的方法以降低共振所带来的影响.     

库区滑坡涌浪水域船舶系泊系统动力特性试验研究

为提高海事部门在滑坡涌浪灾害下的应急应变能力,减少伤亡和损失,研究库区滑坡涌浪作用下船舶系泊系统的动力特性分析,具有极高的社会经济效益。本文以三峡库区岩体滑坡为研究对象,结合试验条件,模型比尺为1:70,考虑弯曲河道涌浪的传播形态,以系泊位置、锚链布置等为变量,开展库区滑坡涌浪的物理模型试验,分析船舶系泊系统的动力特性。研究表明,滑坡涌浪对船艏锚链的作用大于对船艉锚链的作用,采用多点系泊方式可以降低锚链设计时的强度要求,船舶在远离滑坡点时所受到的影响越小,同时,锚链拉力的大小变化趋势和滑坡涌浪衰减的变化趋势一致,研究成果可以为三峡库区船舶通航安全提供新的理论依据。     

高速湍流风下漂浮式风力机系泊失效动态响应研究

以Barge平台5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论、势流理论及有限元法建立平台气动−水动−系泊动力学模型,考虑风浪同向入射的最恶劣情况下的系泊失效,此时漂浮式风力机承受风浪载荷最大,系泊最易因疲劳及冲击载荷发生失效,对比分析高速湍流风与稳态风作用下不同位置系泊失效前后平台动态响应及系泊张力。结果表明,迎风浪侧系泊失效对多个自由度响应有显著影响,背风浪侧系泊失效主要影响纵荡、纵摇和艏摇响应,在高速湍流风作用下,平台瞬态响应加剧,横荡方向的漂移距离增加,纵荡波动幅值提高,迎风浪侧系泊张力最大值及平均值明显增大,且越靠近迎风浪侧系泊平均张力越大。因此,出于安全性考虑,平台系泊设计应考虑高速湍流风的影响。     

新型浮式生产系统的开发和研究

讨论了一种新型浮式生产系统的开发和研究.该系统具有潜在的市场开发经济性和可行性,特别是对深海及远海石油天然气的开发.新型的浮式生产系统是一种BMFPSO系统（Buoy Moored Floating Production Storage and Offloading system),该系统应用一个垂直的浮式圆柱取代传统的应用在FPSO上的转塔(turret)系统且仍具有风标效应.BMFPSO的船体在风、浪、流的作用下可以围绕垂直的浮式圆柱作360°的旋转.浮式圆柱可以设计在船体内(或船体外)的悬臂中.除此之外,船体还可以沿着垂直的浮式圆柱作垂向移动,从而消除了传统的转塔式FPSO纵摇和垂荡耦合运动,减小了系统在极端海况以及正常作业情况下锚泊线及立管的张力.由于BMFPSO具有以上特征,采油树布置在平台上的干式立管系统和常规的钢管悬链线立管可以在BMFPSO上得到应用,从而使得立管系统的投资和维修更加经济和方便.除此之外,BMFPSO系统也可以用来作为液化天然气终端.     

基于静力学模型对系泊系统参数设计的研究

针对系泊系统中铁桶倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域等参数的设计问题,通过运用物体受力平衡条件、结构微分原理,构建了系泊系统的静力学、基于微分方程的悬链线模型。综合使用了Lingo、Matlab软件编程,求解系泊系统中倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的大小,探讨系泊系统在不同海面风速条件下的系统形态,绘制出锚链形状曲线图,使水声通讯设备的工作效果达到最佳状态。     

非线弹性索对系泊系统性能的影响

随着船舶的大型化、海洋平台的多样化以及其工作水深的不断加深,锚泊设计过程中锚泊线的成分也由设计初期的单一化向多成分化发展。材料的多样化更是为锚泊设计提供了丰富的选择空间,将对加入非线弹性拉伸材料的系泊线进行数值模拟分析,采用分段外推-校正的方法,计算分析了相同水深下非线弹性拉伸材料对系泊系统变形、张力以及刚度的影响,并且进一步研究了不同水深的情况。结果表明,加入非线弹性拉伸的材料能够有效地降低系泊线张力及自身刚度,加入此种材料的组合系泊系统更适用于浅水。     

张紧式系泊桁架式Spar平台纵荡-横荡-垂荡固有运动特性研究

针对深海桁架式Spar平台,考虑三点张紧式系泊定位,研究其纵荡、横荡和垂荡三个自由度的固有运动特性.考虑纤维缆索的材料非线性与几何非线性特性,对缆索力学平衡方程重新推导计算系泊缆索张力与位移的变化关系.采用准静态方法,建立考虑系泊作用的平台耦合系统纵荡、横荡和垂荡运动方程,数值求解平台固有运动特性,并讨论系泊条件对平台自振特性的影响.结果表明,在平台小幅运动下,系泊回复力与位移基本呈线性关系,但随着平台位移的增大,系泊回复力随位移变化开始表现出一定的非线性;系泊条件的改变将会改变平台水平运动的固有频率;系泊系统对垂荡运动的固有特性影响不大.