软刚臂单点系泊FPSO动力响应特性研究
发布时间：2020-10-11 04:27
随着FPSO及软刚臂单点系泊系统运营年限的增加，单点系统陆续出现了一些事故，给作业油田的安全生产带来了重大影响。目前，多数单点事故发生的原因尚未明确，为单点系统的故障修复、运营检测等工作带来了一定的困难。因此，需要结合作业海域的环境情况及单点设计特点，研究环境参数及单点设计参数对单点系统受力和FPSO性能的影响，为单点的设计与选型工作提供依据。 本文基于多体动力学的方法，建立软刚臂单点系泊机构及FPSO的多体耦合模型，计算FPSO的运动响应及单点系统受力，分析装载对单点回复刚度、FPSO运动响应及单点系统受力的影响。通过改变环境条件，如风速、流速、有义波高、谱峰周期及环境水深等，分析单点系统受力对环境参数的敏感度；通过改变单点设计参数，如单点系泊高度、系泊腿长度、系泊刚架高度、软刚臂长度及压载重量等，分析单点系统受力对单点设计参数的敏感度。 本文的主要结论如下： （1）单点系泊系统主要提供FPSO的纵向回复刚度，且刚度随吃水的减小逐渐增大。 （2）FPSO艏向与风、浪、流环境载荷方向之间有夹角时，单点系统受力随吃水的减小先增大后减小；FPSO艏向与风、浪、流环境载荷方向一致时，单点系统受力随吃水的减小变化较小。 （3）FPSO水平方向三个自由度的运动响应幅值随装载的变化较明显，垂直平面内三个自由度的运动响应幅值随装载的变化较小。 （4）单点系泊处受力对环境参数的敏感性排序如下：谱峰周期＞有义波高＞流速＞风速；系泊腿轴力的敏感性排序如下：有义波高＞谱峰周期＞流速＞风速。 （5）单点系泊处受力对单点设计参数的敏感性排序如下：软刚臂长度＞系泊腿长度＞系泊刚架高度＞单点系泊高度＞压载重量；系泊腿轴力的敏感性排序如下：软刚臂长度＞压载重量＞系泊刚架高度＞单点系泊高度＞系泊腿长度。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：U674.38
【部分图文】：
第一章 绪论据统计，世界范围内的海底石油储量约为 1400~2000 亿吨，占全球石油总储量的 30%～50%，我国拥有 300 万平方公里的海疆，目前已探明约有 246 亿吨的石油和 10 万亿立方米的天然气资源，分布在我国的渤海、东部和南部沿海等海洋石油基地（图 1-1）。然而，我国海洋石油的开采技术起步较晚，海洋资源的开发程度仍然较低，亟待进一步发展[2]。近年来，世界上已探明的油田多属储量有限、地质复杂、海况恶劣、地域偏远的边际油田，海洋石油开发也逐步转型为小规模分散型，伴随这一转变趋势，浮式生产储油轮（FPSO）走入人们视野[3]。近几十年来，FPSO 的发展迅速，截至 2009 年，FPSO 的数量约占世界海洋平台的三分之二，如图 1-2 所示。
2 FPSO 概述浮式生产储油轮（FPSO）的概念最早提出于 1947 年，其集原油存储、生工、油田供电、油气外输、人员居住等多功能于一体，FPSO 加工生产系统杂程度和设备成本远远高出同吨位的其它油船，是具有高风险、高投入、高、高收益的综合性海洋工程。2.1 FPSO 组成FPSO 作为全海式开发模式的核心，通过单点系泊系统长期固定于作业油主要由系泊系统、浮体系统、加工生产系统、外输系统等 4 部分组成，典型构成如图 1-3 所示。其工作原理如下：油井的油、气、水等混合液经过海底输送至 FPSO 上的油、气处理工艺模块进行加工生产，将合格的原油、天然储于货油舱，利用外输系统周期性通过穿梭油轮输送至岸上，以保证 FPSO上油田的连续性作业[5]。
图 1-4 “渤海友谊”号 FPSO1.2.3 系泊系统浮式海洋平台系泊系统的形式多样，主要分为单点式系泊系统，多点延伸式系泊系统及动力定位系统，从目前世界范围内的使用状况来看，单点系泊系统是FPSO 最常用的定位方式[8]，单点系泊系统可以使 FPSO 像风向标一样改变艏向，从而使船体受到的环境载荷最小。单点系泊系统的设计种类很多，目前服役于浅水海域的 FPSO 多采用软刚臂式系泊（Soft Yoke Mooring System）、钢悬链线浮筒式系泊（CatenaryAnchor LegMooring），单锚腿式系泊（Single Anchor Leg Mooring）等单点系泊形式[9]。（1）塔架式软刚臂单点系泊我国浅水海域多采用塔架式软刚臂单点系泊，渤海海域的软刚臂单点系泊主要分为两种：水上软刚臂式单点系泊（图 1-5）和水下软刚臂式单点系泊（图 1-6）。对于水上软刚臂式单点系泊装置，主要部件包括：导管架式单点系泊塔、软刚臂、系泊腿、旋转接头以及由立管、跨接软管等组成的输送系统。该系统的优点在于：
【参考文献】
本文编号：2836065
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：U674.38
【部分图文】：
第一章 绪论据统计，世界范围内的海底石油储量约为 1400~2000 亿吨，占全球石油总储量的 30%～50%，我国拥有 300 万平方公里的海疆，目前已探明约有 246 亿吨的石油和 10 万亿立方米的天然气资源，分布在我国的渤海、东部和南部沿海等海洋石油基地（图 1-1）。然而，我国海洋石油的开采技术起步较晚，海洋资源的开发程度仍然较低，亟待进一步发展[2]。近年来，世界上已探明的油田多属储量有限、地质复杂、海况恶劣、地域偏远的边际油田，海洋石油开发也逐步转型为小规模分散型，伴随这一转变趋势，浮式生产储油轮（FPSO）走入人们视野[3]。近几十年来，FPSO 的发展迅速，截至 2009 年，FPSO 的数量约占世界海洋平台的三分之二，如图 1-2 所示。
2 FPSO 概述浮式生产储油轮（FPSO）的概念最早提出于 1947 年，其集原油存储、生工、油田供电、油气外输、人员居住等多功能于一体，FPSO 加工生产系统杂程度和设备成本远远高出同吨位的其它油船，是具有高风险、高投入、高、高收益的综合性海洋工程。2.1 FPSO 组成FPSO 作为全海式开发模式的核心，通过单点系泊系统长期固定于作业油主要由系泊系统、浮体系统、加工生产系统、外输系统等 4 部分组成，典型构成如图 1-3 所示。其工作原理如下：油井的油、气、水等混合液经过海底输送至 FPSO 上的油、气处理工艺模块进行加工生产，将合格的原油、天然储于货油舱，利用外输系统周期性通过穿梭油轮输送至岸上，以保证 FPSO上油田的连续性作业[5]。
图 1-4 “渤海友谊”号 FPSO1.2.3 系泊系统浮式海洋平台系泊系统的形式多样，主要分为单点式系泊系统，多点延伸式系泊系统及动力定位系统，从目前世界范围内的使用状况来看，单点系泊系统是FPSO 最常用的定位方式[8]，单点系泊系统可以使 FPSO 像风向标一样改变艏向，从而使船体受到的环境载荷最小。单点系泊系统的设计种类很多，目前服役于浅水海域的 FPSO 多采用软刚臂式系泊（Soft Yoke Mooring System）、钢悬链线浮筒式系泊（CatenaryAnchor LegMooring），单锚腿式系泊（Single Anchor Leg Mooring）等单点系泊形式[9]。（1）塔架式软刚臂单点系泊我国浅水海域多采用塔架式软刚臂单点系泊，渤海海域的软刚臂单点系泊主要分为两种：水上软刚臂式单点系泊（图 1-5）和水下软刚臂式单点系泊（图 1-6）。对于水上软刚臂式单点系泊装置，主要部件包括：导管架式单点系泊塔、软刚臂、系泊腿、旋转接头以及由立管、跨接软管等组成的输送系统。该系统的优点在于：
【参考文献】
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10 陈恒;王磊;;深水平台二阶波浪力研究综述[J];海洋工程;2006年04期
本文编号：2836065
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