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海洋工程装备与技术  2015, Vol. 2 Issue (3): 175-183    
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八角形FDPSO张紧式系泊系统设计与分析
孙强1,董庆辉1,彭贵胜1,田天1,谢彬2,王世圣2,喻西崇2,赵晶瑞2
1. 大连船舶重工集团设计研究所有限公司,辽宁 大连 116021
2. 中海油研究总院,北京 100028
Taut Mooring System Design and Analysis of Octagon FDPSO
Qiang SUN1,Qing-hui DONG1,Gui-sheng PENG1,Tian TIAN1,Bin XIE2,Shi-sheng WANG2,Xi-chong YU2,Jing-rui ZHAO2
1. Dalian Shipbuilding Industry Engineering and Research Institute Co., Ltd., Dalian, Liaoning 116021, China
2. CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China
全文: PDF(2706 KB)   HTML
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文章导读  
摘要 

从船型、环境条件和设计工况考虑,定性地为八角形浮式钻井生产储卸装置(FDPSO)选择等角度分组张紧式系泊系统。以2 000 m水深处环境条件为基础,设计了一套等角度分组张紧式系泊系统,以满足八角形FDPSO的定位要求和系泊线受力要求。与悬链式系统相比,张紧式系泊系统垂向重量小,锚泊半径小,百年一遇海况下一根锚链破损之后FDPSO的水平偏移能够得到有效控制。所提出的系泊系统不但可以满足八角形FDPSO系泊定位的要求,而且可为类似浮体的深水系泊设计提供参考。

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孙强
董庆辉
彭贵胜
田天
谢彬
王世圣
喻西崇
赵晶瑞
关键词 系泊系统浮式钻井生产储卸装置张紧式系泊悬链式系泊    
Abstract

The existing mooring systems are compared and analyzed with the consideration of vessel shape, environmental condition and design cases. Average-distributed taut mooring system is finally selected for the octagon floating drilling, production, storage and off loading system (FDPSO) in the South China Sea. According to the requirements of station keeping and line forces, an averaged-distributed taut mooring system is designed based on the environmental condition at the depth of 2 000 m in the South China Sea. Compared with the traditional catenary mooring system designed for the same FDPSO, the averaged-distributed taut mooring system reduces the mooring system self-weight and the mooring radius on seabed. In addition, the offset of FDPSO with one mooring line damaged can be efficiently managed under 100-year environmental condition. The proposed mooring system can meet the requirements of octagon FDPSO. Furthermore, the research results will offer references for the mooring design of similar floating structures.

Key wordsmooring system    floating drilling    production    storage and off loading system (FDPSO)    taut mooring    catenary mooring
收稿日期: 2015-04-07      出版日期: 2016-01-21
:     
基金资助:国家科技重大专项(2011ZX05026-006-04)
引用本文:   
孙强, 董庆辉, 彭贵胜, 田天, 谢彬, 王世圣, 喻西崇, 赵晶瑞. 八角形FDPSO张紧式系泊系统设计与分析[J]. 海洋工程装备与技术, 2015, 2(3): 175-183.
Qiang SUN, Qing-hui DONG, Gui-sheng PENG, Tian TIAN, Bin XIE, Shi-sheng WANG, Xi-chong YU, Jing-rui ZHAO. Taut Mooring System Design and Analysis of Octagon FDPSO. Ocean Engineering Equipment and Technology, 2015, 2(3): 175-183.
链接本文:  
http://www.sjtuj.com/oeet/CN/      或      http://www.sjtuj.com/oeet/CN/Y2015/V2/I3/175
状态 定义 偏移/m 受力安全系数
作业工况 一年一遇环境条件 100 1.67(锚链完整)/1.25(锚链破损)
生存工况 百年一遇环境条件 200 1.67(锚链完整)/1.25(锚链破损)
Table 1  系泊分析衡准
状态 水深/m 1 min平均风
速/(m·s-1)
表层流速
/(m·s-1)
最大波高
/m
有义波高
/m
过零周期/s 谱峰周期/s 谱峰因子
作业 2 000 29.3 1.21 16.2 8.7 8.5 12.3 2.0
生存 2 000 46.5 1.60 28.0 15.0 10.4 15.1 2.4
Table 2  分析环境参数
状态 平均吃水
T/m
艉吃水
TA/m
艏吃水
TF/m
排水量
Δ/t
重心纵向
位置Xg/m
重心横向
位置Yg/m
重心高
Zg/m
横摇惯性
半径Rr/m
纵摇惯性
半径Rp/m
艏摇惯性
半径Ry/m
满载 21.4 21.4 21.4 107 520 -0.17 0.37 24.07 29.52 29.57 35.05
压载 13.9 13.9 13.9 69 818 0.36 0.07 24.15 31.13 31.17 35.05
Table 3  八角形FDPSO不同装载状态下参数
系泊线成分 链径/mm 长度/m 水中线密度/
(kg·m-1)
刚度EA/MPa 破断力/kN 考虑12 mm腐
蚀破断力/kN
上部R5无档链 162 80 329.62 1 640 26 100 23 000
GAMA 98?纤维缆 290 2 518 11.95 445 24 500 24 500
下部R5无档链 162 400 329.62 1 640 26 100 23 000
Table 4  张紧式系泊系统布置方案
Fig.1  张紧式系泊系统布置方案示意图
参数 定义 单位 数值
上部锚链 中部系泊缆 下部锚链
CD 拖曳力系数 - 2.4 1.2 2.4
ρgrowth 水生物附着密度 kg·m-3 1 325 1 325 1 325
D 水动力直径 mm 162 290 162
tgrowth 水生物厚度 mm 100 50 50
CD 考虑水生物附着后拖曳力系数 - 5.4 1.6 3.9
DG 考虑水生物后的水动力直径 mm 262 340 212
Table 5  锚泊系统水动力系数
Fig.2  系泊浮式结构物“位移-受力”曲线
Fig.3  AQWA 水动力分析模型
序号 工况名 完整性 装载 环境状态
1 1_BAL_OPER3375 锚链1破损 压载 作业
2 1_BAL_OPER45 锚链1破损 压载 作业
3 1_BAL_SUR3375 锚链1破损 压载 生存
4 1_BAL_SUR45 锚链1破损 压载 生存
5 1_FULL_OPER3375 锚链1破损 满载 作业
6 1_FULL_OPER45 锚链1破损 满载 作业
7 1_FULL_SUR3375 锚链1破损 满载 生存
8 1_FULL_SUR45 锚链1破损 满载 生存
9 _BAL_OPER3375 完整 压载 作业
10 _BAL_OPER45 完整 压载 作业
11 _BAL_SUR3375 完整 压载 生存
12 _BAL_SUR45 完整 压载 生存
13 _FULL_OPER3375 完整 满载 作业
14 _FULL_OPER45 完整 满载 作业
15 _FULL_SUR3375 完整 满载 生存
16 _FULL_SUR45 完整 满载 生存
Table 6  工况命名列表
序号 x向平均位移 y向平均位移 x向低频位移 y向低频位移 x向波频位移 y向波频位移 最大偏移 许用偏移
1 41.913 37.351 15.435 16.484 2.217 2.297 107.41 200
2 46.535 31.94 18.524 13.945 2.672 1.834 109.20 200
3 60.873 54.986 20.446 22.689 5.025 5.214 159.89 200
4 68.173 46.448 24.65 19.162 6.016 4.136 162.21 200
5 50.673 46.097 13.99 14.635 1.71 1.728 117.49 200
6 56.643 39.216 16.668 12.616 2.019 1.374 119.24 200
7 75.033 68.703 25.053 27.078 3.935 3.97 192.87 200
8 84.438 57.838 29.278 22.527 4.665 3.144 193.87 200
9 29.185 29.998 14.943 14.505 2.288 2.261 88.06 100
10 34.553 23.661 17.809 11.679 2.761 1.817 89.15 100
11 46.283 47.086 19.403 19.005 5.28 5.179 135.29 200
12 54.693 37.058 23.126 15.25 6.355 4.153 136.72 200
13 37.005 38.431 13.586 12.85 1.719 1.705 97.37 100
14 43.945 30.294 16.28 11.106 2.048 1.371 99.37 100
15 58.785 60.254 23.807 22.33 4.02 3.958 164.52 200
16 69.705 47.406 27.935 17.985 4.803 3.168 165.89 200
Table 7  浮体位移状态信息
序号 平均力
/kN
低频力
/kN
低频周
期/s
波频力
/kN
波频周
期/s
最大张
力/kN
锚链破断
力/kN
安全
系数
衡准
系数
1 3 360 1 500 140.08 504 13.01 6 210 23 000 3.70 1.25
2 3 610 1 810 140.83 535 13.19 6 990 23 000 3.29 1.25
3 5 420 2 660 123.39 1 120 15.45 10 700 23 000 2.15 1.25
4 5 980 3 120 123.78 1 200 15.69 12 000 23 000 1.92 1.25
5 3 250 1 280 184.21 461 13.07 5 770 23 000 3.99 1.25
6 3 560 1 570 184.16 476 13.13 6 570 23 000 3.50 1.25
7 5 930 3 350 161.67 1 080 14.81 12 300 23 000 1.87 1.25
8 6 670 3 800 160.38 1 120 14.89 13 900 23 000 1.65 1.25
9 2 830 1 370 137.86 548 13.01 5 520 23 000 4.17 1.67
10 2 880 1 450 137.50 559 13.10 5 720 23 000 4.02 1.67
11 4 710 2 710 116.57 1 240 15.69 10 100 23 000 2.28 1.67
12 4 830 2 840 116.39 1 290 15.81 10 500 23 000 2.19 1.67
13 2 780 1 160 181.99 492 13.03 5 140 23 000 4.47 1.67
14 2 840 1 250 182.37 496 13.09 5 360 23 000 4.29 1.67
15 5 260 3 380 153.37 1 160 14.88 11 800 23 000 1.95 1.67
16 5 420 3 510 151.57 1 180 14.93 12 200 23 000 1.89 1.67
Table 8  系泊线受力状态信息
方案 系泊线 材质 直径/mm 长度/m 线重量
/(kg·m-1)
破断力
/kN
单根锚链垂
向重量/kg
锚泊半径
/m
等角度分组张紧式系统 上部锚链 R5无档锚链 162 80 392.62 26 100 188 000 2 263
中部系泊缆 GAMA 98??
纤维缆
294 2 518 11.95 24 500
下部锚链 R5无档锚链 162 400 329.62 26 100
小角度分组悬链式系统 上部锚链 R5有档锚链 147 100 412 22 300 841 000
中部系泊缆 Xtreme
钢丝缆
144 2 494 86.3 22 300
下部锚链 R5有档锚链 147 1 419 412 22 300
Table 9  张紧式与悬链式方案参数对比
方案 最大偏移/m 最大受力/kN
完整生存 完整作业 破损生存 破损作业 完整生存 完整作业 破损生存 破损作业
等角度分组张紧式系统 165.89 93.37 193.87 119.24 12 200 5 720 13 900 6 990
小角度分组悬链线系统 169 71 10 400 7 130 13 000
Table 10  张紧式与悬链式方案响应对比
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