深水FPSO系泊系统方案设计研究

摘要

随着近海油气资源的不断开发而逐渐消耗殆尽，深海甚至是超深海海域将成为下一阶段油气开发的热点海域，比如中国南海及西非等地。我国对能源特别是海上油气资源需求量十分巨大，自主开发或参与国内外深水油气田开发将成为今后重要的经济战略。在国内，随着“海洋石油981”在南海顺利的开采作业，必将会引起南海油气资源开发的新一轮热潮；在国外，西非海域是世界油气开发三大热点区域之一，我国三大石油公司均在西非海域有目标区块。预计今后将会有大量的浮式海洋平台在南海及西非海域工作，因此对上述浮式结构物（如FPSO等）进行数值模拟研究，为我国海洋油气工程走向西非和南海提供了技术建议和工程参考。
　　本文先以一工作于西非海域的FPSO为研究对象，探讨了西非特有的涌浪对FPSO六自由度运动响应的影响及其力学机理，在此基础上研究了各种系泊参数对系泊性能的影响；然后以一工作于南海海域的FPSO为研究对象，研究了风浪流各发展阶段对应的低频响应特性、系泊系统重量控制的方法、系泊方案对系泊性能的影响；最后提出了一种新型的复合系缆并与传统复合系缆做出比较分析。本文具体研究内容如下所示：
　　1、西非海域FPSO多点系泊布置方案设计
　　首先将FPSO分别单独置于风浪环境、涌浪环境，研究了不同波浪对运动响应的影响及对其力学机理进行分析；然后将FPSO置于风浪、涌浪同时存在的环境，研究了系缆长度、系缆根数、系缆间夹角对系泊性能的影响。
　　2、南海海域FPSO单点系泊布置方案设计
　　首先将风浪流的发展过程定义为成长期、顶峰期、衰亡期，探讨了FPSO在各个不同阶段对应的低频响应特性及其相应的力学机理；然后针对单点系泊系统重量过大的问题，提出了三种控制系泊系统重量的方法，并进行了算例验证；最后研究了系缆长度、根数、组数、组式和分式布置、内转塔位置对系泊性能的影响，并提出了一套合理的系泊布置方案。
　　3、新型复合系缆对单点系泊FPSO水动力性能的影响
　　在传统复合系缆基础上，提出一种新型的复合系缆及其材料属性的计算方法；然后将新型复合系缆与传统复合系缆的水动力性能做出对比分析。

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第1章 绪论

1. 1引言

1.2浮式生产储油轮（FPSO）的概述

1. 3国内外系泊系统研究进展

1. 4本文研究内容

1. 5本文的创新性与研究意义

第2章 数值计算基本理论

2. 1频域计算理论

2. 2时域耦合计算理论

2. 3 本章小结

第3章 西非海域FPSO多点系泊布置方案设计

3. 1 引言

3. 2 频域分析

3. 3 时域耦合分析

3. 3. 1 时域耦合分析模型

3. 4 系泊方案布置对系泊性能的影响分析

3. 5 本章小结

第4章 南海海域FPSO单点系泊布置方案设计

4. 1 引言

4. 2 频域分析

4. 3 时域耦合分析

4. 3. 1 风浪流成长全过程单点系泊FP SO运动低频响应特性研究

4. 4 系泊方案布置对系泊性能的影响分析

4. 5 本章小结

第5章 新型复合系缆对单点系泊FPSO水动力性能的影响

5. 1 引言

5. 2 聚酯缆材料特性及应用于系泊系统的优势

5. 3 新型复合系缆材料属性计算

5. 4 新型复合系缆与传统复合系缆“钢链-钢缆-钢链”对比

5. 5 新型复合系缆与传统复合系缆“钢链-聚酯缆-钢链”对比

5. 6 本章小结

第6章 总结与展望

6. 1 论文总结及结论

6. 2 进一步展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果及参与的项目

致谢