浅海新型FPSO_IQFP多点系泊系统设计研究_王天英
浅水中单点系泊FPSO波频运动分析不同转塔位置对FPSO风标效应的影响
4.2 不同水深下的结果对比
表 4 为在不同水深条件下数值计算和模型试验时历曲线的统计结果，分别列出了垂荡、 横摇和纵摇的最大最小值，方差和有义幅值，可以明显看出随着水深的变化，垂荡，横摇和 纵摇的变化。数值计算和模型试验的结果都表明：随着水深的减小，垂荡，横摇和纵摇的运 动幅度减小，波频运动趋于缓和。在每个水深条件下，模型试验的结果与理论计算亦吻合较 好。模型试验波频运动随水深减小的幅度也与理论计算基本吻合。 随着水深的减小，波频运动也减小，则碰底情况也相应较少发生，在实验中也观测到虽然水 深越来越小，但碰底现象并不易发生。
(3)
∂z
g
物面条件： ∂φ (x) = v ⋅ n
(4)
∂N
海底条件： ∂φ (x) = 0
(5)
∂N
在线性化的条件下，可以将φ 分解为绕射势，散射势和辐射势[4]：
M
∑ φ = φi + φd + φmj
(6)
j =1
式中，φi 为绕射势，φd 为散射势，φmj 为物体运动引起的势。
选择合适的格林函数，使它满足拉普拉斯方程，线性自由面条件，海底条件和辐射条件，
试验中整个系统的装置图见图 3。
项目
表 2 软刚臂与塔主要参数 单位 实际值 模型值
浅水波及软刚臂系泊FPSO浅水效应研究的开题报告
浅水波及软刚臂系泊FPSO浅水效应研究的开题报告一、选题背景与研究意义随着海洋经济的发展和能源需求的增长，深海油气资源的开发已成为当今世界能源领域的重点领域。
而FPSO作为一种浮式生产储油船，在海洋深水区域中开发油气资源具有独特的优势，尤其适合于生产周期较短且油气储量较小的油田。
FPSO在使用期间需要进行固定，而在一些浅海区域（如中国南海区域）则需要使用浅水波及软刚臂系泊技术进行固定。
在这种情况下，影响FPSO固定稳定性的浅水效应因素需要进行深入研究。
因此，本课题旨在探究浅水波和软刚臂系统对FPSO稳定性的影响，为FPSO的稳定设计提供基础理论和可行性方案。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是探究浅水波、软刚臂系泊系统以及这两种因素交互影响下FPSO的稳定性问题。
具体研究思路如下：1. 记录并分析FPSO在不同浪高条件下的运动状况，确定FPSO运动的参数及范围。
2. 了解FPSO的结构特点，并针对特点建立数学物理模型，分析在浅水区域中固定所需受力条件。
3. 研究软刚臂系泊系统对FPSO协同作用的影响，通过海试等操作获取数据并进行分析。
4. 研究浅水波造成的影响在FPSO固定过程中体现。
利用数值计算方法求解波浪和海浪与FPSO交互力的关系。
研究方法主要包括实验法、计算机数值模拟方法等。
三、预期结果及意义本课题旨在探究浅水波和软刚臂系泊系统对FPSO稳定性的影响，预计能够实现以下目标：1.理论分析和实验数据分析相结合，较全面地探讨浅水波和软刚臂系泊系统对FPSO稳定性的影响机理。
2. 提出FPSO固定设计方案，进一步降低FPSO在浅海区域的运动幅度。
3. 为FPSO的稳定性设计提供可行性方案和理论支持，为深海油气资源的开发提供技术支持和保障。
四、研究进度计划第一年：调研和文献综述；第二年：实验数据收集和数据分析，建立数学物理模型，制定计算机数值模拟方法进行预测解决；第三年：记录FPSO的运动状况、系泊力矩和波浪激励力数据，对数据进行分析，并提出适当的改进措施；第四年：撰写论文并提交。
基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计
基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计随着海洋油气开采活动的不断发展，浅海FPSO（FloatingProduction Storage and Offloading）系统已经成为一种广泛应用的浮式生产装置。
为了提高FPSO的稳定性和安全性，多点系泊系统被广泛采用。
在设计多点系泊系统时，需要考虑FPSO结构的静特性，以确保系统的稳定性和可靠性。
在进行多点系泊系统设计时，首先需要进行FPSO结构的静特性分析。
这包括FPSO的结构设计、系泊系统的布局和重力平衡等方面。
通过静特性分析，可以评估FPSO结构在外部环境作用下的受力情况，确定最优的系泊系统布局和设计参数。
设计多点系泊系统时，需要考虑FPSO在不同环境条件下的稳定性。
这包括考虑FPSO的自由漂浮、风力、波浪等外部载荷对FPSO结构的影响。
针对不同的环境条件，需要设计适合的系泊系统来保证FPSO的稳定性和安全性。
此外，还需要考虑FPSO的结构强度和刚度，以确保系统在极端情况下的抗风、抗浪能力。
在多点系泊系统设计中，还需要考虑到FPSO的运载能力和生产效率。
根据FPSO的生产需求和载荷特性，设计相应的多点系泊系统布局和参数。
通过合理设计多点系泊系统，可以提高FPSO的生产效率和安全性，降低生产成本和风险。
综上所述，基于静特性分析的浅海新型FPSO多点系泊系统设计是一项复杂而重要的工作。
通过充分考虑FPSO结构的受力情况、环境条件和生产需求，设计合理的多点系泊系统可以提高FPSO的稳定性、安全性和生产效率。
在未来的海洋油气开采活动中，这种设计方法将发挥重要作用，推动浮式生产装置技术的发展。
新概念FPSO最新研究进展
美 国的 （Ｐ ）Ｅ公 司对 Ｓ ｖｎ系 列 圆筒 形 Ｆ Ｓ ｅａ ＰＯ 进行改 进 ， 出 了 Ｓ Ｐ ３０Ｆ Ｓ 见 图 ２ Ｅ 概 念 。 提 Ｓ ２ Ｐ Ｏ（ ）］ 目前该 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ还处 于 设 计 阶段 。Ｓ Ｐ的浮 体 采 用 Ｓ
至今 ， 该公 司根 据储 油量 和作业 海 域海 况 的不 同 ，
新 概 念 Ｆ Ｓ 最新 研究 进 展 —— 王 天 英 ， 永 ＰＯ 冯
Ｓ ＡＲ的运动性 能优 良 ， 边 际油 田开发 中的一种 Ｐ 是 比较理 想 的装置 ， 不仅 可用 于浅水 ， 可用 于深水 。 也
与工作 船 的 碰撞 危 险 。更 重 要 的是 ， 转 对 称 形 旋
状 的浮体 ， 构 简 洁 ， 造 工 艺 比传 统 Ｆ Ｓ 简 结 建 ＰＯ 单 ， 合 模 块 化设 计 和 建造 ， 适 以降低 成 本 、 短 建 缩
题 尤为严 重 。为 了满 足 强 度 和疲 劳载 荷 的要 求 ，
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动 力性 能 较 差 、 价 较 高 、 油 效 率 不佳 的劣 势 。 造 储 为此 人们 通 过 多方 面 的研 究 ， 发 出各 种 各 样 的 ຫໍສະໝຸດ 研第４卷 Ｏ第 ５期
Ｓ Ｐ ＨＩ
船 海 工 程
ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ． ０ Ｎｏ １４ ．５ （ ｃ．２ １ ） ｔ Ｏ１
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
新 概 念 Ｆ Ｓ 最 新 研 究 进 展 Ｐ Ｏ
王天英 冯永 训 ，
（． １ 胜利 油田博 士后 工作站 ， 山东 东营 ２ ７ ０ ；． ５ ０ ０ ２ 胜利设 计咨询有限责任公 司， 山东 东营 ２ ７０ ） ５ ０ ０
FPSO多点系泊系统改装研究
FPSO多点系泊系统改装研究FPSO（浮式生产储油船）是一种广泛应用于海洋工程领域的设施，其多点系泊系统是保持船体稳定和安全的重要组成部分。
为了提高FPSO 的性能和适应性，对其进行改装研究显得尤为重要。
本文将重点FPSO 多点系泊系统的改装原理、方法和技术，同时结合实际案例进行分析。
FPSO多点系泊系统的改装原理主要包括流体动力学和结构动力学理论。
通过对船体和系泊系统的流体动力学分析，可以有效地降低船体的摇晃和振动，提高船舶的稳定性。
同时，结构动力学理论的应用可以帮助优化系泊系统的设计和安装，提高系统的安全性和可靠性。
对船体结构进行优化设计是改装FPSO多点系泊系统的一种有效方法。
通过减轻船体质量、改善船体形状和减少兴波阻力等措施，可以显著提高船舶的稳定性和适航性。
例如，某FPSO通过优化船体结构设计，成功减少了船舶的摇晃和振动，提高了生产效率。
系泊系统是FPSO的重要组成部分，对其进行改装可以有效地提高船舶的稳定性。
例如，可以改变系泊缆的长度和角度，调整浮筒的位置和数量，以实现多点系泊系统的优化。
还可以采用先进的系泊材料和技术，提高系泊系统的强度和耐久性。
改装后的FPSO多点系泊系统性能分析主要包括响应时间、稳定性和精度等方面的指标。
通过实验和数值模拟方法，可以有效地评估改装后的系统性能。
例如，某改装后的FPSO多点系泊系统实验表明，系统的响应时间得到了显著提高，同时船舶的稳定性和精度也得到了明显改善。
然而，改装后系统的复杂性和成本也相应增加，因此在性能分析时需要综合考虑这些因素。
通过对FPSO多点系泊系统的改装研究，我们可以得出以下改装原理和方法的应用可以提高FPSO的稳定性和适应性；优化船体结构和改进系泊系统是改装FPSO多点系泊系统的有效途径；改装后的FPSO多点系泊系统在响应时间、稳定性和精度方面均得到了显著提升；改装后系统的复杂性和成本相应增加，需要在性能分析和实践中综合考虑。
展望未来，FPSO多点系泊系统的改装研究可以从以下几个方面展开：研究更高效的优化算法和仿真技术，进一步提高改装系统的性能和效率；探讨新型的系泊材料和工艺，以降低改造成本和提高系统的耐用性；开展深入的实验研究，以检验改装系统的实际运行效果和应用前景；加强国际合作与交流，共同推动FPSO多点系泊系统改装技术的发展。
大型单点系泊系统FPSO船舶出坞工艺研究
3221 单点系泊系统FPSO出坞准备工作FPSO出坞主要作业过程为：出坞准备及检查→压载舱少量压水→船坞进水→压载舱压载→船舶起浮→开启坞门→船舶出坞→关闭坞门→拖航→系泊。
1.1 FPSO出坞环境条件FPSO出坞时，在开启坞门前，应充分考虑船坞所在水域的环境条件，尤其是水位、风、流和能见度的影响， 其环境条件如下：风力：≤7.9m/s（4级）流速：≤1m/s 波高：≤0.5m能见度：≥2.5倍船长富裕水深：≥0.5m 纵倾：≤1%船长横倾：≤0.5°1.2 FPSO出坞时船舶主要技术参数船长：255.8m 船宽：48.9m 型深：26.6m出坞平均吃水：5.21m 总重：54195t 纵倾：0.23°横倾：-0.39°纵倾0.23°，横倾-0.39°，均满足出坞要求。
1.3 FPSO出坞潮水要求1）单点系泊最低点最大吃水：根据设计进行计算给出的船舶出坞姿态，船舶平均吃水5.21m，纵倾0.23°，横倾-0.39°计算得出，船舶整体起浮后月池最低点吃水接近5.3m，单点装置探出基线接近1.5m，因此单点最低点最大吃水约为：5.3＋1.5=6.8m。
2）船坞内起浮作业潮水高度要求：船舶出坞作业要求富裕水深≥0.5m，由于坞墩高度1.8m，因此出坞作业坞内安全水深不低于9.1m （6.8+1.8+0.5=9.1m），船坞坞底标高-8.1m，对应潮水高度不低于1m[9.1+（-8.1）=1m]。
2 FPSO出坞具体步骤步骤1：放水前船舶和坞门带缆1）坞门两端各出1根高强缆绳系带于船坞两侧，防止坞门起浮时移位。
2）船舶带缆同于进坞时引船定位系带方式。
步骤2：坞室放水WB4S压载舱完成加水作业FPSO由于上部模块的重量设计，以及由于有部分设备未到货存在偏重，需要对舱室进水保持船体整体水平度。
图1 船舶和坞门带缆1）出坞节点前2天向坞内放水，船坞放水前最晚0.5天，相关部门需完成联合安全检查，之后船坞内所有人员撤离，封锁进坞通道，拉好警戒线，安环部门确认坞内无人后方能放水。
浅水新型FP SO张紧式多点系泊系统时域分析
◀海洋石油装备▶浅水新型ＦＰＳＯ张紧式多点系泊系统时域分析∗王天英１㊀杜㊀敏２㊀倪玲英２（１ 中石化石油工程设计有限公司㊀２ 中国石油大学（华东））㊀㊀摘要：为了确定新型圆角倒棱台形ＦＰＳＯ（ＩＱＦＰ）的系泊系统方案，进一步研究浅水张紧式多点系泊系统的基本特性，考虑风㊁浪㊁流的联合作用，对ＩＱＦＰ张紧式多点系泊系统进行了作业工况和生存工况下的时域耦合运动响应分析，得到了浮体运动和系缆张力的时历曲线㊂研究结果表明，浮体的水平偏移和系缆的张力都符合规范要求，系泊性能优良㊂在此基础上，通过谱密度分析，从能量角度对浅水张紧式系泊特性进行分析㊂分析结果表明，与悬链线式系泊相比，采用张紧式多点系泊的浅水ＩＱＦＰ的浮体低频运动响应很微小，而系缆张力中波频力和低频力所占比例几乎相同，从而进一步验证了张紧式多点系泊系统适用于浅水海域的优越性㊂关键词：浅水；新型ＦＰＳＯ；张紧式多点系泊；时域耦合；谱密度中图分类号：ＴＥ９５２㊀文献标识码：Ａ㊀ｄｏｉ：１０ １６０８２／ｊ ｃｎｋｉ ｉｓｓｎ １００１－４５７８ ２０１５ １０ ０１３ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴａｕｔＭｕｌｔｉ⁃ｐｏｉｎｔＭｏｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＮｅｗＣｏｎｃｅｐｔＦＰＳＯｉｎＳｈａｌｌｏｗＷａｔｅｒｓＷａｎｇＴｉａｎｙｉｎｇ１㊀ＤｕＭｉｎ２㊀ＮｉＬｉｎｇｙｉｎｇ２（１ ＳｉｎｏｐｅｃＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；２ ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ））Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｆｉｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔＦＰＳＯ⁃ＩＱＦＰ（Ｉｎｖｅｒｔ⁃ｅｄＦｉｌｌｅｔＱｕａｄｒａｎｇｕｌａｒＦｒｕｓｔｕｍＰｙｒａｍｉｄＳｈａｐｅｄＦＰＳＯ）ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｔａｕｔｍｕｌｔｉ⁃ｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｓ，ｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｄｕｃｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｅｒａ⁃ｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｕｒｖｉｖａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｗｉｎｄ，ｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｈｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｖｅｓｓｅｌａｎｄｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ Ｔｈｅａｎａｌｙｓｅｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅｖｅｓｓｅｌｏｆｆｓｅｔｓａｎｄｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｔｅｎｓｉｏｎｓｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｃｏｄｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓ⁃ｔｅｍｐｒｅｓｅｎｔｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓｗｅｌｌ Ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｒｏｍｅｎｅｒｇｙｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｃａｔｅｎａｒｙｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｖｅｓｓｅｌｐｒｏｄｕｃｅｓｓｍａｌｌｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｗｈｉｌｅｔｈｅｍｏｏｒｉｎｇｌｉｎｅｔｅｎｓｉｏｎｓｐｏｓｓｅｓｓｔｈｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｓａｍｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｂｏｔｈｔｈｅｗａｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｎｄｔｈｅｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｎｅｓ Ｔｈｅｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓｆｕｒｔｈｅｒｅｖｉｄｅｎｃｅｔｈａｔｔｈｅｔａｕｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓ⁃ｔｅｍｉｓｍｏｒｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｃａｔｅｎａｒｙｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒ；ｎｅｗＦＰＳＯ；ｔａｕｔｍｕｌｔｉ⁃ｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇ；ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙ０㊀引㊀言系泊ＦＰＳＯ在海洋环境条件作用下的动力响应是直接影响系统安全和作业效率的重要技术问题㊂针对浅海边际油田的开发需要及传统ＦＰＳＯ的诸多不足［１］，研究人员开发了一种稳性更好㊁水动力性能优良㊁更适合采用多点系泊的浅水新型ＦＰＳＯＩＱＦＰ（ＩｎｖｅｒｔｅｄＦｉｌｌｅｔＱｕａｄｒａｎｇｕｌａｒＦｒｕｓｔｕｍＰｙｒａｍｉｄＳｈａｐｅｄＦＰＳＯ，圆角倒棱台形ＦＰＳＯ）［１－３］，并从浮体偏移量㊁系统回复力㊁系泊系统的方向稳定性㊁材料用量㊁系泊半径和系缆质量等方面研究了钢制４５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ㊀㊀２０１５年㊀第４３卷㊀第１０期∗基金项目：中石化科研项目 浅海多点系泊小型ＦＰＳＯ关键技术研究 （ＳＧ１３－１５Ｋ）㊂悬链线式和聚酯缆张紧式多点系泊系统的静力特性，论证了张紧式多点系泊系统适用于浅水ＩＱＦＰ的优势，并给出了初步优化的系泊系统设计方案［４－５］㊂浅水特有的低频长波特性［６］使浮体承受较大的一阶低频波浪力，对于回复刚度较小的钢制悬链线系泊系统，将导致大幅低频纵荡响应，并且浅水中悬链线效应不明显，使系泊性能大为降低；聚酯缆张紧式系泊系统凭借其较大的回复刚度㊁较高的强度⁃质量比及较低的成本等优点已被广泛应用于深海㊂目前，国内外有关浅水张紧式多点系泊系统的研究较少㊂因此，有必要进一步研究张紧式多点系泊ＩＱＦＰ系统在浅水海域的基本特性，并以此为基础进行优化设计㊂笔者采用ＳＥＳＡＭ软件对浅水张紧式多点系泊ＩＱＦＰ系统进行时域耦合分析，研究其基本特性，并与悬链线系泊系统进行比较，给出了相应的结论和建议，以期为后续的系泊系统优化设计及张紧式多点系泊系统应用于浅水海域的相关研究提供参考㊂１㊀ＩＱＦＰ浮体主尺度和系泊系统１ １㊀ＩＱＦＰ浮体主尺度根据胜利浅海边际油田生产需要设计的新型ＩＱＦＰ［２－４］见图１㊂船体为圆角倒棱台形，采用双舷侧双层底结构，设计作业水深２０ｍ，储油量约为１ ３万ｔ，处理液量７００ｍ３／ｄ，天然气处理能力６万ｍ３／ｄ，污水处理能力２０００ｍ３／ｄ㊂其主要参数为：主甲板尺寸４５ ０ｍˑ４５ ０ｍ，型深１８ ０ｍ，倒棱台下边长３７ ０ｍ，设计满载吃水１３ ２３ｍ，底板边长４０ ０ｍ，压载吃水８ ０ｍ，型宽４２ ７５ｍ㊂图１㊀ＩＱＦＰ侧视图Ｆｉｇ １㊀ＳｉｄｅｖｉｅｗｏｆＩＱＦＰ１ ２㊀ＩＱＦＰ系泊系统ＩＱＦＰ采用聚酯缆张紧式多点系泊系统，系缆采用锚链⁃聚酯缆⁃锚链３段式设计，分为４组，每组３根（见图２），每根系缆总长约６０ｍ，水平跨距５５ｍ㊂系缆的主要技术参数见表１㊂表１㊀ＩＱＦＰ系缆的主要技术参数２㊀ＩＱＦＰ系泊系统的时域耦合分析为了进一步研究系泊系统的基本特性，考虑系泊系统的非线性影响及风㊁浪㊁流等环境力的多种组合情况，分别进行了完整系泊和单根系缆破断系泊在作业工况和生存工况下的时域耦合分析，得到了浮体运动和系缆张力的时历及相应的谱密度分布，并根据计算结果对浅水ＩＱＦＰ的系泊特性进行详细分析㊂２ １㊀系泊系统的设计校核准则系泊系统主要用于有效控制结构的水平位移在一个合理范围内㊂系泊系统设计须遵循以下原则：（１）工作海域百年一遇的最大水平位移需控制在３０％的水深范围内［７］；力安全系数应大于１ ８３，１根系缆破断后的张力最小安全系数为１ ３８［８］；（３）由于聚酯缆的轴向刚度随张力变化，所以要根据分析目的的不同采用不同的刚度㊂例如，最小刚度用于计算浮体位移，最大刚度用于计算系缆张力㊂２ ２㊀设计环境条件ＩＱＦＰ作业海域的海况资料见表２㊂由于渤海海域属近海遮蔽海域，所以波浪谱选ＪＯＮＳＷＡＰ谱，谱峰因子取３，水深为２０ｍ㊂２ ３㊀计算结果分析作业工况采用满载，生存工况采用压载㊂由于海洋环境力方向的随机性，２种工况各取６种风㊁浪㊁流的方向组合进行时域耦合计算，分析模型见５５２０１５年㊀第４３卷㊀第１０期王天英等：浅水新型ＦＰＳＯ张紧式多点系泊系统时域分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀图２，计算时间３ｈ，步长０ １ｓ㊂为了提高计算精度，每种工况随机选择３个不规则波进行求和平均计算㊂比较结果发现，在生存工况下，１３５ʎ斜浪，风浪同向，与流成９０ʎ夹角时，１２号系缆所受张力最大，为最危险工况㊂由于篇幅所限，所以仅给出该工况下的计算与分析结果㊂表２㊀海况资料图２㊀张紧式多点系泊ＩＱＦＰ时域耦合分析模型Ｆｉｇ ２㊀Ｃｏｕｐｌｅｄｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ㊀㊀㊀ｏｆｔａｕｔｍｕｌｔｉ⁃ｐｏｉｎｔｍｏｏｒｉｎｇｆｏｒＩＱＦＰ２ ３ １㊀ＩＱＦＰ系泊浮体运动响应通过计算，得到最危险工况下浮体６个自由度的运动响应时历曲线，其中，纵荡和垂荡的运动响应时历曲线见图３㊂表３为最危险工况下完整系泊和受力最大的单根系缆（１２号）破断后的浮体运动响应计算结果㊂图３㊀浮体运动响应时历曲线Ｆｉｇ ３㊀Ｔｉｍｅ⁃ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｓｏｆｖｅｓｓｅｌｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓ㊀㊀根据表３可知，对于完整的系泊系统，浮体的最大偏移幅值为３ ４４ｍ，为水深的１７ ２％；相对于完整的系泊系统，１根系缆破断后的系泊系统，浮体各向运动变化不大，浮体的最大偏移幅值为范要求的３０％［７］㊂完整系泊和破断情况下的浮体最大垂荡响应分别为１ ９４和１ ９９ｍ，不存在碰底的风险㊂２ ３ ２㊀系缆张力最危险工况下，张紧式系泊系统中受力最大系缆（１２号）的张力⁃时历曲线见图４，１２根系缆靠近系泊点端的张力计算结果见表４㊂图４㊀１２号系缆的张力⁃时历曲线Ｆｉｇ ４㊀Ｔｉｍｅ⁃ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅ１２ｔｈｌｉｎｅ㊀㊀由表４可知，在完整系泊状态下，１２号系缆张力最大，为８５５７ ６２ｋＮ，且受力最大点靠近浮体端，系缆破断力为２１０００ｋＮ，此时安全系数为２ ４５；１２号系缆破断后，剩余各缆的张力都有所增大，其中１１号系缆所受张力最大，为１０８７７ ８０ｋＮ，安全系数为１ ９３㊂２种状态下各系缆张力均满足规范要求［８］㊂２ ３ ３㊀浅水ＩＱＦＰ系泊特性的谱密度分析浮体纵荡和垂荡的运动谱密度曲线如图５所示㊂从图可以看出，在张紧式系泊系统作用下，浮体均表现出明显的波频运动特性，在０ ５０ ０ ６０ｒａｄ／ｓ范围内出现响应极值㊂悬链线系泊系统的纵／横荡运动存在明显的低频响应［９］，但张紧式系泊系统的低频运动响应很微小，有效限制了由浅水一阶低频波浪力诱导的大幅低频运动响应，这说明张紧式系泊比悬链线系泊的系泊刚度更大，更容易控制浮体的水平偏移运动，系泊性能优良，进一步验证了张紧式多点系泊系统适用于浅水海域的优越性㊂６５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０１５年㊀第４３卷㊀第１０期通过对图４进行高低频分离，得到波频和低频张力⁃时历曲线，如图６所示㊂由图可知，张紧式系缆所受载荷中波频力和低频力所占比例几乎相同㊂在０ ２０００ｓ时间内，１２号系缆的最大张力为７４９０ｋＮ，其中，波频运动的张力为４０００ｋＮ，占总张力的５３ ４％；低频运动的张力为３４９０ｋＮ，占总张力的４６ ６％㊂低频张力的变化幅度很小，说明系缆吸收低频范围内的能量很少㊂表３㊀浮体运动响应计算结果表４㊀张紧式系泊系统系缆张力计算结果图５㊀浮体运动响应谱密度曲线Ｆｉｇ ５㊀Ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｎｓｉｔｙｃｕｒｖｅｓｏｆｖｅｓｓｅｌｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓ㊀㊀通过进一步分析，得到１２号系缆的张力谱密度，如图７所示㊂分析可知，系缆动力响应的能量集中分布在波频范围，与系缆的张力曲线特性一致㊂２ ３ ４㊀２种系泊系统计算结果比较通过比较悬链线式和张紧式系泊系统的浮体偏移和系缆张力的计算结果（见表５），进一步论证了张紧式多点系泊系统适用于浅水ＩＱＦＰ的优势㊂７５ ２０１５年㊀第４３卷㊀第１０期王天英等：浅水新型ＦＰＳＯ张紧式多点系泊系统时域分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀１２号系缆的频率分离张力⁃时历曲线Ｆｉｇ ６㊀Ｔｉｍｅ⁃ｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅ１２ｔｈｌｉｎｅ㊀㊀㊀ｔｅｎｓｉｏｎｓｓｅｐａｒａｔｅｄｂｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙ图７㊀１２号系缆的张力谱密度曲线Ｆｉｇ ７㊀Ｓｐｅｃｔｒｕｍｃｕｒｖｅｏｆｔｅｎｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅ１２ｔｈｌｉｎｅ表５㊀２种系泊系统的数值计算结果Ｔａｂｌｅ５㊀Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆ但张紧式系泊系统浮体水平偏移的最大值和标准差均明显小于悬链线系泊系统，说明张紧式系泊系统具有较好的水平回复刚度，能更有效地限制系统的水平运动；张紧式系泊系统单根系缆的最大张力较小，说明张紧式系泊系统不仅回复力大，而且能很好地控制单根系缆的受力，系泊性能更加优良㊂３㊀结㊀论（１）浮体的偏移和系缆的张力都符合规范要求，且浮体的最大水平偏移量较小，系泊回复刚度较大，可方便简化后续立管系统的安装作业，从而使输油／气的时间和成本更具优势㊂（２）与悬链线系泊系统相比，张紧式系泊系统单根系缆的最大张力较小，说明该系统不仅回复力大，而且能很好地控制单根系缆的受力，系泊性能更加优良；各工况下张紧式系泊系统的各系缆受力均匀，最大载荷相差较小，说明在动力载荷作用下，张紧式系泊系统仍表现出良好的方向稳定性㊂（３）通过进一步的谱密度分析发现，张紧式多点系泊小型ＩＱＦＰ在渤海百年一遇环境条件下，浮体的运动响应主要集中在波频范围内，低频响应很微小㊂张紧式多点系泊系统有效限制了由浅水一阶低频波浪力诱导的大幅低频运动响应，系泊性能优良，进一步验证了其适用于浅水海域的优越性㊂参㊀考㊀文㊀献［１］㊀王天英，冯永训 新概念ＦＰＳＯ最新研究进展［Ｊ］ 船海工程，２０１１，４０（５）：１８４－１８８，１９２［２］㊀王天英 新概念ＦＰＳＯ ＩＱＦＰ方案设计与稳性研究［Ｊ］ 石油机械，２０１２，４０（２）：４２－４６，９９ ［３］㊀王天英，亓和平，冯永训 新型ＦＰＳＯＩＱＦＰ的水动力性能研究［Ｊ］ 石油机械，２０１３，４１（１）：４９－５４［４］㊀ＷａｎｇＴｉａｎｙｉｎｇ，ＹａｎｇＬｉｙｕｎ，ＸｕＺｈｉｇａｎｇ，ｅｔａｌ Ｄｅｓｉ⁃㊀㊀㊀ｇｎａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｔｅｎａｒｙａｎｄｔａｕｔｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔＦＰＳＯＩＱＦＰｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｓ［Ｊ］ Ａｐ⁃ｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，１７０／１７１／１７２／１７３：２２２２－２２２７［５］㊀王天英 浅海新型ＦＰＳＯ⁃ＩＱＦＰ多点系泊系统设计研究［Ｊ］ 海洋工程，２０１４，３２（３）：８９－９５［６］㊀肖龙飞，杨建民，胡志强 极浅水单点系泊ＦＰＳＯ低频响应分析［Ｊ］ 船舶力学，２０１４，１４（４）：３７２－３７８［７］㊀ＳＹ／Ｔ１００４０ ２００２浮式结构物定位系统设计与分析的推荐做法［Ｓ］ ２００２ ［８］㊀ＡＰＩＲＰ２ＳＭ ２０１４Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｐｒａｃｔｉｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｆｉｂｅｒｒｏｐｅｓｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｍｏｏｒｉｎｇ［Ｓ］ ２ｎｄｅｄ ，２０１４ ［９］㊀王天英 胜利浅海多点系泊小型ＦＰＳＯ适应性研究［Ｄ］ 东营：胜利油田博士后工作站，２０１２㊀㊀第一作者简介：王天英，女，副研究员，生于１９７２年，２００８年毕业于同济大学结构工程专业，现从事海洋工程结构物研究与设计工作㊂地址：（２５７０２６）山东省东营市㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｔｉａｎｙｉｎｇ７０７２＠１２６ ｃｏｍ㊂收稿日期：２０１５－０５－１２（本文编辑㊀丁莉萍）８５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０１５年㊀第４３卷㊀第１０期。
FPSO系泊系统设计初步研究
３ ． ｍ， 于 特 大 Ｆ Ｓ ２５ 属 Ｐ Ｏ。Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ基 本 可 以分 为 ４部 分 ： 体 、 载 油
气 生 产 流程 、 输 和 特殊 的 系泊 系 统 。 外 系 泊 系 统 是 Ｆ Ｓ 的 “ 根 子 ”深 水 Ｆ Ｓ ＰＯ 命 ， Ｐ Ｏ系 泊 系 统 可 以 分 为 转 塔装 置 、 泊 缆 和 系泊 锚 三 大 部 分 。转 塔 系 泊 装 置上 部 系 和 Ｆ Ｓ 直 接 连 接 ， 部 用 系 泊 绳 缆 固定 于 海 底 ， 部 装 有 旋 ＰＯ 下 顶
结 果 表 明 ， 塔 位 置 距 离 船 艏 为 油 轮 长 的 ２ ％ ～３ ％ ｍ ￣ 果 最 转 ０ ０ １
好 。 因此 本 研 究 令 转 塔 到船 艏 的距 离 为 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ长 度 的 ２ ％。 ５ 系 泊 绳缆 是 连 接浮 体 与 系泊 锚 的 细长 软 结构 。依 其材 料 和
２ １ 第 ５期 ０ ２年
Ｔｌ ＡＮＪＮ Ｉ ＳＣＩ ＮＣＥ＆ ＣＨＮＯＬＤ Ｅ ＴＥ ＩＧＹ
创新技术
曹先凡 （ 中国石油集团 工程技术研究院 天津 ３０５ ） ０４ １
余 燕 飞 （ 北京 同益 中特种 纤维 技术 开发有 限公 司 北 京 １００ ） ００ ０
刘 颖斌
（ 中国石油集团海洋工程有限公司船舶事业部
用 于深 海 系 泊 系 统 的锚 主要 有 吸 力 锚 、桩 锚 和拖 曳 锚 ， 锚 的 选择 需 要 考 虑 费 用 、 工 周 期 、 床 土 质 、 泊 绳 缆 属性 等 因 施 海 系 素 。拖 曳锚 适 用 于 采 用钢 缆 和 钢 链 作 为 系 泊缆 的 系统 ； 吸力 而 锚 和 桩 锚更 适 合 采 用 轻 质 聚合 物 绳 缆 的 系 泊 系 统 ， 中桩 锚需 其 要 水 下 打桩 设 备 ， 工 周 期 长 。 施 本 文 以 中石 油南 海 区块 为 目标 海 域 ，对 ３ ０万 吨 Ｆ Ｓ 系 ＰＯ 泊 系 统 进 行 了设 计 研 究 ， 中 ， 深 为 １２ ０ｒ 内转 塔 系 泊 系 其 水 ０ ｎ， 统 ， 泊 绳 缆 为 超高 分 子 量 聚 乙烯 纤 维 绳 缆 ， 缆 采 用 分 组 式 ， 系 绳
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WANG Tian-ying
（ Sinopec Petroleum Engineering Design Co． ，Ltd． ，Dongying 257026，China）
Abstract： Mooring system performance directly affects efficiency and safety of operation process of FPSOs because offshore oil and gas production requires FPSOs to have low-amplitude motion characteristics． In order to design an effective and economical multi-point mooring system for the new concept FPSO IQFP （ fillet inverted quadrangular frustum pyramid shaped FPSO，presented by the lead author） ，the effects of the mooring parameters on the performance of the catenary mooring system and the taut one were investigated according to the initial design plans given in advance according to the steady environment forces and practical experiences． Then，the optimal mooring systems were developed on the basis of the static analysis results combined with the coupled calculations in time domain． Finally，the merits and demerits of the two mooring schemes were compared based on the mooring and static characteristic parameters as well as the curves of restoring force against horizontal displacement of the catenary and taut mooring systems respectively． The results verify that the taut mooring system is preferable to the catenary one for IQFP deployed in shallow waters． Key words： FPSO； taut mooring system； catenary mooring system； static characteristics； shallow water
系统的优劣性。静力分析结果初步验证，较之悬链线系泊系统，张紧式系泊系统用于浅水作业的 IQFP 上更具优越性。
关键词： FPSO； 张紧式系泊系统； 悬链线系泊系统； 静力特性； 浅水
中图分类号： P751
文献标识码： A
Design of multi-point mooring systems for new concept FPSO-IQFP in shallow waters
文献［10］中优化的新型 FPSO-IQFP 工程实例如图 1 所
示。该 IQFP 的 设 计 工 作 水 深 为 20 m，设 计 储 油 量 约 为
图 1 圆角倒棱台形 FPSO （ IQFP） 立视图 Fig． 1 Profile view of IQFP unit
13 000 t，可服务于最大年产原油 200 000 t 的边际油田或小 型油田。处理液量 700 m3 / d； 天然气处理能力 60 000 m3 / d； 污水处理能力 2 000 m3 / d； 可向周围井口平台输电和注水。
收稿日期： 2013-05-24 基金项目： 中石化石油工程公司 2013 科研课题“浅海多点系泊小型 FPSO 关键技术研究”； 山东省博士后创新项目专项资金资助项目
（ 201103020） 作者简介： 王天英（ 1972-） ，女，山东聊城人，副研究员，博士，从事新型海洋工程装备研究与总体方案设计工作。
为探讨系缆相关参数对系泊系统受力和位移的影响规律，在保持 200 m 锚链长度不变的情况下，分别改 变系缆直径、预张力（ 系缆跨距） 和配重，计算分析悬链线系泊系统水平刚度曲线的特性。
图 2 为固定系缆水平跨距为 192 m，中间段配重 2． 4 t / m，每段长度为 15 m、135 m、60 m，选取不同锚链直 径计算得到的系泊系统水平刚度曲线。从图 2 可以看出，链径越粗，相同偏移位置时系统回复力越大，而相 同回复力时浮体水平位移越小，但链径的改变对系泊系统的受力和位移的影响不是很明显。
目前，水深 1 500 m 以内的系泊系统多采用钢制悬链线式，但对于浅海海域，由于水浅，依靠系缆自身质 量形成的悬链线效应很不明显，而使其系泊性能大为下降［8］。为了防止锚的提升力，需要较长的系泊链，系 泊系统将覆盖较大海域，增加海域使用费，并且存在 FPSO 与过往船舶发生碰撞的潜在危险。人造纤维缆与 钢锚链相比，具有更大的强度-质量比，可以降低系泊系统引起的浮体载荷； 较低的轴向刚度，使之能适应浮 体偏移导致的系缆伸长，便于采用张紧式系统，缩短系缆长度，减小系泊系统占地面积； 较大的水平回复力， 可以减少浮体偏移量［9］。
将钢制悬链线系泊系统和聚酯纤维张紧式系泊系统作为备选方案，根据定常力计算结果并参照工程经验，给出两种系泊系统
的初始设计方案，并进行二者的静特性分析，探讨系泊参数对系泊系统受力和位移的影响规律； 在此基础上，结合时域计算结
果，确定系泊系统的优化设计方案； 最后，给出系泊系统的回复力和浮体位移之间的关系曲线，并在静力范围内比较两种系泊
DOI:10.16483/j.issn.1005-9865.2014.03.007
第 32 卷第 3 期 2014 年 5 月
海洋工程 THE OCEAN ENGINEEＲ4） 03-0089-07
Vol． 32 No． 3 May 2014
浅海新型 FPSO-IQFP 多点系泊系统设计研究
数值 45． 0 37． 0 40． 0 42． 75 18． 0 20 501 7． 40 11． 78
尺度参数 边舱外板上边线圆角半径 / m 边舱内板上边线圆角半径 / m 边舱外板下边线圆角半径 / m 边舱内板下边线圆角半径 / m
底舱外边线圆角半径 / m 满载吃水 / m 压载吃水 / m 设计吃水 / m
王天英
（ 中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026）
摘 要： 海上油气生产要求 FPSO 具有低幅运动的特性，因此系泊系统性能的优劣直接影响生产作业的效率和安全。针对新
概念 FPSO-IQFP（ 圆角倒棱台形 FPSO） 的浮体特点和边际油田经济性开发的需要，设计一套经济有效的多点系泊系统。首先，
E-mail： wangtianying7072@ 126． com
90
海洋工程
第 32 卷
与单点系泊［4］比较，多点系泊［5］不需要复杂的机械，也不需要流体旋转接头，可实现国产化，系统工程 投资显著降低，非常适用于 FPSO，以实现小型或边际油田的经济性开发［6］。而且，多点系泊既限制浮体的直 线运动，又限制浮体的旋转运动，能够保障 FPSO 的操作性要求。但也正因为如此，多点系泊系统受力比较 大，对海洋环境条件的要求比较高，在缺乏工程经验的情况下，必须进行多点系泊系统的适应性研究［7］。
尽管人造纤维缆张紧式系泊系统在最近 20 年内越来越 多地应用于深水和超深水平台上，但它在浅水中的适应性还 没有得到充分的研究，工程中也还没有应用。因此，这里将 分析比较悬链线系泊系统和张紧式系泊系统在浅水中的静 力特性，并在此基础上，为新概念 FPSO-IQFP 设计优化的系 泊系统。
1 新型 FPSO 浮体
system with changing of chain diameter
system with changing of pretension
图 4 为保持其它参数不变的情况下，选取不同配重计算得到的系泊系统水平刚度曲线。可以看出，增加
配重，使得系泊系统回复力增加，位移减小。
比较以上 3 个系泊参数对系泊系统回复力影响的敏感程度可知，在锚链长度确定的情况下，预张力的变
FPSO 通过系泊系统长期系留在恶劣的海洋环境中作业，海上油气生产要求 FPSO 具有低幅运动的特 性，系泊系统性能的优劣直接影响生产作业的效率和安全，因此，如何选择经济有效的系泊系统来满足特定 的操作要求，是 FPSO 的关键技术问题之一［1-2］。
在前期的工作中，详细分析国内外现有 FPSO 的优劣性和影响 FPSO 性能的诸多因素，力求克服已有 FPSO 的不足，开发了一种稳性更好、水动力性能优良、储油效率高、具有较大承载能力和甲板面积、且更适合 采用多点系泊的圆角倒棱台形 FPSO（ 即 IQFP） 浮体概念［3］。
图 2 不同链径的悬链线系泊水平刚度曲线
图 3 不同预张力的悬链线系泊水平刚度曲线
Fig． 2 Offset-restoring force curves of catenary mooring Fig． 3 Offset-restoring force curves of catenary mooring
主体尺度参数如表 1 所示。
表 1 IQFP 的主体特征参数
Tab． 1 Essential characteristics of IQFP vessel