多點(diǎn)系泊FPSO旁靠外輸多浮體系統(tǒng)水動力研究

多點(diǎn)系泊FPSO旁靠外輸多浮體系統(tǒng)水動力研究隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,國民對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發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向深海大洋。盡管目前我國的原油進(jìn)口依存程度很高,但是我國海域的油氣儲藏量也十分巨大,因此加強(qiáng)海上裝備的自主研發(fā)能力是我國的當(dāng)務(wù)之急。在近20年間,FPSO已經(jīng)在逐漸成為海洋油氣田開采的主流方式。由于FPSO不同于普通航運(yùn)船舶,其長期系泊于海洋之中。因此,海洋石油天然氣的外輸稱為一項必不可少的工作。在外輸作業(yè)中,會產(chǎn)生吃水的實時變化和船體間相互作用,導(dǎo)致船舶的水動力性能發(fā)生改變,作業(yè)危險程度提升。因此,FPSO旁靠外輸水動力性能是一項十分有意義的課題。本文以一艘工作于中國南海域的15萬噸級FPSO和一艘10萬噸級的穿梭油輪為研究對象,研究水深為200m。首先研究了FPSO滿載狀態(tài)水動力性能,同時開展了FPSO及穿梭油輪旁靠系統(tǒng)水動力性能研究并做出對比;開展水池中靜水衰減,規(guī)則波和不規(guī)則波實驗,驗證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性;研究FPSO及穿梭油輪單獨(dú)漂浮狀態(tài)的風(fēng)載荷和流載荷特性,同時開展兩船旁靠狀態(tài)下各自的風(fēng)載荷和流載荷研究,并相互對比;最后開展FPSO及穿梭油輪旁靠系統(tǒng)的時域分析,考慮在南海海況下外輸作業(yè)的安全性,并對多點(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與穿梭油輪間水動力性能的相互影響,分析了滿載FPSO單獨(dú)漂浮時以及FPSO與穿梭油輪旁靠時不同船體吃水深度,不同旁靠間距尺寸時附加質(zhì)量和輻射阻尼RAO以及波浪力的變化趨勢。研究表明旁靠穿梭油輪的存在對FPSO水動力性能產(chǎn)生了顯著影響。集中體現(xiàn)在,使FPSO在受到迎浪時產(chǎn)生橫向波浪力和運(yùn)動響應(yīng)。吃水深度的變化同樣會對船體水動力性能產(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)動響應(yīng)幅度會有所增加。(2)為了驗證FPSO與穿梭油輪旁靠系統(tǒng)水動力性能研究的正確性,開展了水池實驗研究。由于水池深度的限制,進(jìn)行了水深方向的系泊纜截斷設(shè)計。進(jìn)行了穿梭油輪的靜水衰減實驗,FPSO的靜水衰減和多點(diǎn)系泊狀態(tài)下的靜水衰減實驗。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)則波實驗,獲得了幅值響應(yīng)算子。進(jìn)行了南海海況下的不規(guī)則波實驗,獲得了多點(diǎn)系泊FPSO及旁靠系泊定位穿梭油輪的運(yùn)動時域響應(yīng)曲線和系泊纜張力時域曲線。(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)驗公式。但是,由于FPSO與穿梭油輪對風(fēng)場和流場的干擾,原有的經(jīng)驗公式準(zhǔn)確性受到了影響。因此建立了FPSO與穿梭油輪的旁靠風(fēng)場流場模型,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)漂浮時的曲線做出對比。發(fā)現(xiàn)雖然由于船體對流場產(chǎn)生復(fù)雜的影響,但是流載荷依然與流速平方成正比。同時發(fā)現(xiàn),流載荷對吃水變化極其敏感,部分情況下會出現(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。(4)按照實驗?zāi)Ｐ偷亩帱c(diǎn)系泊定位方式和旁靠系泊系統(tǒng)建立了時域分析模型,并按照實驗環(huán)境工況進(jìn)行了三個小時的時域分析計算。結(jié)果在縱蕩,橫蕩和艏搖方向的運(yùn)動響應(yīng)存在一定偏差,橫搖,縱搖和垂蕩方向的運(yùn)動響應(yīng)吻合較好。同時,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驗測量值,但趨勢具有一定吻合性。同時,采用時域分析的方法進(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200m水深的條件下并非多點(diǎn)系泊的最優(yōu)選擇,而采用鋼纜-船鏈的兩段系泊纜會產(chǎn)生更好的效果。下錨點(diǎn)位置的選擇同樣會對多點(diǎn)系泊的效果產(chǎn)生較大影響。研究發(fā)現(xiàn),系泊纜與FPSO中縱剖面成60