多點(diǎn)系泊FPSO旁靠外輸多浮體系統(tǒng)水動(dòng)力研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)民對(duì)石油天然氣等資源的需求與日俱增，伴隨著陸地資源的快速消耗殆盡，石油天然氣資源的開(kāi)發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向深海大洋。盡管目前我國(guó)的原油進(jìn)口依存程度很高，但是我國(guó)海域的油氣儲(chǔ)藏量也十分巨大，因此加強(qiáng)海上裝備的自主研發(fā)能力是我國(guó)的當(dāng)務(wù)之急。在近20年間，F(xiàn)PSO已經(jīng)在逐漸成為海洋油氣田開(kāi)采的主流方式。由于FPSO不同于普通航運(yùn)船舶，其長(zhǎng)期系泊于海洋之中。因此，海洋石油天然氣的外輸稱為一項(xiàng)必不可少的工作。在外輸作業(yè)中，會(huì)產(chǎn)生吃水的實(shí)

2、時(shí)變化和船體間相互作用，導(dǎo)致船舶的水動(dòng)力性能發(fā)生改變，作業(yè)危險(xiǎn)程度提升。因此，F(xiàn)PSO旁靠外輸水動(dòng)力性能是一項(xiàng)十分有意義的課題。
　　本文以一艘工作于中國(guó)南海域的15萬(wàn)噸級(jí)FPSO和一艘10萬(wàn)噸級(jí)的穿梭油輪為研究對(duì)象，研究水深為200m。首先研究了 FPSO滿載狀態(tài)水動(dòng)力性能，同時(shí)開(kāi)展了FPSO及穿梭油輪旁靠系統(tǒng)水動(dòng)力性能研究并做出對(duì)比；開(kāi)展水池中靜水衰減，規(guī)則波和不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性；研究 FPSO及穿梭油輪單

3、獨(dú)漂浮狀態(tài)的風(fēng)載荷和流載荷特性，同時(shí)開(kāi)展兩船旁靠狀態(tài)下各自的風(fēng)載荷和流載荷研究，并相互對(duì)比；最后開(kāi)展FPSO及穿梭油輪旁靠系統(tǒng)的時(shí)域分析，考慮在南海海況下外輸作業(yè)的安全性，并對(duì)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)和旁靠定位系統(tǒng)的優(yōu)化研究。具體內(nèi)容如下：
　　（1）為了研究FPSO與穿梭油輪間水動(dòng)力性能的相互影響，分析了滿載FPSO單獨(dú)漂浮時(shí)以及FPSO與穿梭油輪旁靠時(shí)不同船體吃水深度，不同旁靠間距尺寸時(shí)附加質(zhì)量和輻射阻尼RAO以及波浪力的變化趨勢(shì)。研究表

4、明旁靠穿梭油輪的存在對(duì)FPSO水動(dòng)力性能產(chǎn)生了顯著影響。集中體現(xiàn)在，使 FPSO在受到迎浪時(shí)產(chǎn)生橫向波浪力和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。吃水深度的變化同樣會(huì)對(duì)船體水動(dòng)力性能產(chǎn)生較大影響。其中穿梭油輪在壓載狀態(tài)下橫搖響應(yīng)會(huì)0.75rad/s附近發(fā)生大幅度上升，而在滿載狀態(tài)下響應(yīng)程度較低。隨著旁靠距離的靠近，船體橫向載荷和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅度會(huì)有所增加。
　　（2）為了驗(yàn)證FPSO與穿梭油輪旁靠系統(tǒng)水動(dòng)力性能研究的正確性，開(kāi)展了水池實(shí)驗(yàn)研究。由于水池深度的限制

5、，進(jìn)行了水深方向的系泊纜截?cái)嘣O(shè)計(jì)。進(jìn)行了穿梭油輪的靜水衰減實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)PSO的靜水衰減和多點(diǎn)系泊狀態(tài)下的靜水衰減實(shí)驗(yàn)。獲得了故有周期和衰減系數(shù)等重要參數(shù)。進(jìn)行了 FPSO及穿梭油輪水平順應(yīng)式系泊旁靠狀態(tài)下的規(guī)則波實(shí)驗(yàn)，獲得了幅值響應(yīng)算子。進(jìn)行了南海海況下的不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)，獲得了多點(diǎn)系泊FPSO及旁靠系泊定位穿梭油輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)域響應(yīng)曲線和系泊纜張力時(shí)域曲線。
　　（3）目前關(guān)于船體風(fēng)載荷和流載荷的研究，基本可以依據(jù)亦有的經(jīng)驗(yàn)公式。但是，由于

6、FPSO與穿梭油輪對(duì)風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)的干擾，原有的經(jīng)驗(yàn)公式準(zhǔn)確性受到了影響。因此建立了FPSO與穿梭油輪的旁靠風(fēng)場(chǎng)流場(chǎng)模型，進(jìn)行風(fēng)載荷和流載荷的研究。研究考慮了流速，吃水和旁靠間距的影響，并將流載荷隨流速的變化曲線與FPSO及穿梭油輪單獨(dú)漂浮時(shí)的曲線做出對(duì)比。發(fā)現(xiàn)雖然由于船體對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生復(fù)雜的影響，但是流載荷依然與流速平方成正比。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，流載荷對(duì)吃水變化極其敏感，部分情況下會(huì)出現(xiàn)流載荷向反方向轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。風(fēng)載荷的變化規(guī)律與流載荷較為相似。

7、r>　?。?）按照實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷亩帱c(diǎn)系泊定位方式和旁靠系泊系統(tǒng)建立了時(shí)域分析模型，并按照實(shí)驗(yàn)環(huán)境工況進(jìn)行了三個(gè)小時(shí)的時(shí)域分析計(jì)算。結(jié)果在縱蕩，橫蕩和艏搖方向的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)存在一定偏差，橫搖，縱搖和垂蕩方向的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)吻合較好。同時(shí)，所采集多點(diǎn)系泊系統(tǒng)系泊纜和旁靠系泊系統(tǒng)旁靠纜纜的張力均在一定程度上大于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，但趨勢(shì)具有一定吻合性。同時(shí)，采用時(shí)域分析的方法進(jìn)行了 FPSO的多點(diǎn)系泊系統(tǒng)和旁靠系泊系統(tǒng)旁靠纜的優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的三段式錨鏈在2