西非深水外輸浮筒系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.pdf

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1、石油和化工設(shè)備-8-論文廣場(chǎng)2017年第20卷西非深水外輸浮筒系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析1,21,231,21,2李黎霞，王文偉，梁姝婷，臧鵬玉，吳凱鋒（1.海洋石油工程股份有限公司，天津300461）（2.海工國際工程有限責(zé)任公司，天津300461）（3.天津修船技術(shù)研究所，天津300456）[摘要]針對(duì)西非海域1500m水深外輸浮筒系泊系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。利用水動(dòng)力分析軟件OrcaFlex建立不規(guī)則涌浪和風(fēng)浪流聯(lián)合作用下外輸浮筒與系泊系統(tǒng)耦合模型，對(duì)外輸浮筒系泊系統(tǒng)時(shí)域的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。系泊系統(tǒng)滿足了西非海域生存工況和作業(yè)工況下的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及外輸浮筒運(yùn)動(dòng)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，可為深水油氣開采工程

2、提供參考。[關(guān)鍵詞]深水海域；外輸浮筒；系泊系統(tǒng)；設(shè)計(jì)分析FPSO+自由站立式立管+外輸浮筒+穿梭油輪(1)[1]的開發(fā)模式廣泛應(yīng)用在西非深水油氣開采工程中，是當(dāng)前西非海域油氣開發(fā)的主要方式之一。式中，F(xiàn)f為流體作用力；Δ為浮體排水量；西非海域海況良好，百年一遇主涌有義波高約為af為流體加速度（參照大地坐標(biāo)系）；Ca為浮體[2]附加質(zhì)量系數(shù)；a為流體加速度（參照浮體坐標(biāo)3.6m，常年主導(dǎo)浪向?yàn)槲髂戏较?。在此基礎(chǔ)上，r在西非海域作業(yè)的FPSO可以采用多點(diǎn)系泊系統(tǒng)，系）；ρ為水的密度；Cd為浮體拖曳力系數(shù)；A為同時(shí)為了避免FPSO與穿梭油輪碰撞，采用外輸浮體受力面積；Vr為流體相對(duì)浮體的運(yùn)

3、動(dòng)速度。浮筒作為原油外輸中轉(zhuǎn)站及穿梭油輪單點(diǎn)系泊裝最后利用全耦合計(jì)算方法分析外輸浮筒及系置，外輸浮筒頂部轉(zhuǎn)臺(tái)可為穿梭油輪提供風(fēng)標(biāo)效泊系統(tǒng)的耦合運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程表示為：應(yīng)，穿梭油輪與外輸浮筒相撞的概率及碰撞的后......M(x(t),x(t))+C(x(t),x(t))+K(x(t))=F(x(t),x(t),t)果嚴(yán)重性都很小。(2)本文根據(jù)西非海域外輸浮筒設(shè)計(jì)使用壽命25..年的要求，結(jié)合西非海域水深及實(shí)際環(huán)境條件確式中，M(x(t),x(t))為系統(tǒng)慣性力矢量；.定了3×3的分布式非對(duì)稱布置系泊設(shè)計(jì)，系泊線C(x(t),x(t))為系統(tǒng)阻尼力矢量；K(x(t))為系統(tǒng)基...采用錨

4、鏈—鋼纜—錨鏈的結(jié)構(gòu)形式，并且系泊系于單元?jiǎng)偠鹊拿恳凰矔r(shí)應(yīng)力；F(x(t),x(t),t)包括重統(tǒng)滿足了西非海域外輸浮筒生存工況和作業(yè)工況力、浮力、系泊力、環(huán)境力和外力等。下的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及外輸浮筒運(yùn)動(dòng)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。1.2系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1計(jì)算理論及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1)外輸浮筒運(yùn)動(dòng)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)1.1水動(dòng)力計(jì)算理論系泊系統(tǒng)完整時(shí)，外輸浮筒的最大運(yùn)動(dòng)響應(yīng)外輸浮筒的水動(dòng)力計(jì)算采用莫里森公式。莫為工作水深的7.5%，即112.5m；系泊系統(tǒng)存在一里森公式給出作用于固定柱體任意高度處的水平根系泊線破斷時(shí)，外輸浮筒的最大運(yùn)動(dòng)響應(yīng)為工波浪力包括兩個(gè)分量：(1)波浪水質(zhì)點(diǎn)加速度引起作水深的10%，即150m。的慣性力；

5、(2)波浪水質(zhì)點(diǎn)速度引起的拖曳力。[4](2)安全系數(shù)對(duì)于運(yùn)動(dòng)的浮體，應(yīng)當(dāng)考慮浮體運(yùn)動(dòng)對(duì)公式的影安全系數(shù)是系泊線的最小破斷力與設(shè)計(jì)系泊響。[3]作者簡(jiǎn)介：李黎霞（1982—），女，山東威海人，本科學(xué)歷，中OrcaFlex中對(duì)莫里森公式進(jìn)行了拓展：級(jí)工程師。海洋石油工程股份有限公司海工國際工程有限責(zé)任公司技術(shù)部副經(jīng)理，研究方向?yàn)楹Ｑ蠊こ獭５?期李黎霞等西非深水外輸浮筒系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析-9-力的比值，見表1。表1系泊線最小安全系數(shù)系泊系統(tǒng)完整一根破斷重現(xiàn)期百年百年安全系數(shù)2.522主要參數(shù)及模型外輸浮筒及其系泊系統(tǒng)的主要參數(shù)如表2所示。表2外輸浮筒主要參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)浮筒外徑(m)19圖3外輸

6、浮筒系泊布置示意圖月池直徑(m)5.7浮筒高度(m)10.5裙板高度(m)1.5圖3中遠(yuǎn)離FPSO一端的M1組系泊線較長，靠裙板直徑(m)23.5近FPSO的M2和M3兩組系泊線較短，每組系泊線浮筒重量(t)之間的夾角為120°，同組系泊線之間的夾角為700（不含壓載）5°。在位設(shè)計(jì)吃水(m)6.5外輸浮筒建模采用OrcaFlex中6DBuoys的Spar表3系泊系統(tǒng)參數(shù)Buoy，浮筒方向?yàn)楸逼珫|15°，具體計(jì)算模型如圖1所示。底部/頂部錨鏈參數(shù)單位長度150/50m型號(hào)R4直徑94mm破斷力8830kN修正后破斷力7200kN剛度7.5E5kN干重175kg/m中間鋼纜參數(shù)單位M1M

7、2M3長度20501830m型號(hào)Spiral圖1外輸浮筒計(jì)算模型直徑8464mm破斷力6920/4090kN剛度6.7E54.1E5kN外輸浮筒干重37.122.1kg/m系泊系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)使用壽命25年的要求，應(yīng)當(dāng)對(duì)最小破斷力進(jìn)行修正。因中間部分鋼纜有保護(hù)層，所以在系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不必修正，按照規(guī)[5]范要求，修正結(jié)果如圖4所示。圖2OrcaFlex中外輸浮筒時(shí)域計(jì)算模型石油和化工設(shè)備-10-論文廣場(chǎng)2017年第20卷表4錨鏈參數(shù)修正在圖中，10