OrcaFlex

摘要： Pipelines are widely used for transporting oil resources in the context of offshore oil exploitation.The pipeline stress-strength analysis is an important stage in related design and ensuing construction techniques.In this study,assuming representative work environment parameters,pipeline lifting operations are investigated numerically.More specifically,a time-domain coupled dynamic analysis method is used to conduct a hydrodynamic analysis under different current velocities and wave heights.The results show that proper operation requires the lifting points are reasonably set in combination with the length of the pipeline and the position of the lifting device on the construction ship.The impact of waves on the pipeline is limited,however lifting operations under strong wind and waves should be avoided as far as possible.

摘要： 深海立管运用浮力块能有效隔离悬挂点与触地区(TDP)的动力响应,减少上部浮体运动导致管道触地区的动态屈曲等负面影响.采用集中质量法建立整体立管的非线性力学模型,应用海洋工程分析软件OrcaFlex进行数值模拟,考虑两种不同浮子段布置形式的立管构型,分别为缓波型立管(LwSCR)与赋形立管(Shaped SCR),对比二者静态力学特性.考虑南海一年一遇不规则波工况及FPSO运动,分析LwSCR与Shaped SCR重点位置的垂向运动响应,归纳两种波型优缺点,并应用于复合构型立管的构型优化中.提出两种双波复合构型的优化结构并与传统LwSCR双波型进行有效张力及垂向运动响应对比,提出一种优化后的三波复合构型,并与单波、双波构型进行力学特性及垂向运动响应对比分析.结果表明:LwSCR的整体静态有效张力低于Shaped SCR,且浮子段静态弯矩值随着高度逆差增高而增大.Shaped SCR的重点位置垂向运动响应相对更弱,采用该构型能提高立管在海流中的稳定性.但Shaped SCR构型立管暴露在海流中的长度更短,管道到达触地区域的动态响应衰退量不足.在多波复合构型优化中发现三波复合构型具有最佳运动隔离效果,在实际工程中若合理运用Shaped SCR与LwSCR的复合构型,能降低立管整体张力分布水平及触地点的运动响应,提高整体工程的安全性及立管的使用寿命.

摘要： U型管道沉放施工过程涉及多体耦合、结构形状不规则、吊缆下放协调难等问题。为了保证施工安全和精度,基于水动力分析软件OrcaFlex,建立了U型过江管道沉放系统沉放过程中的数值分析模型,研究了典型工况下吊缆和锚索的张力、管道的动力响应和沿其长度方向的应力分布、钢浮筒的动力响应,并对吊缆张力进行了关键参数敏感性讨论。结果表明:沉放过程是安全可靠的,但是操作不当极易造成吊缆张力过大;实际工程中建议采用先管道两边后中间的气囊消气方式,气囊消气时间和吊缆下放速度需相互协调,中间吊缆的下放速度或初始下放时刻稍慢于两边;同时有必要对各吊缆张力和管体的运动姿态进行实时监测。研究可为实际沉放施工和其它类似工程提供参考依据。

摘要： 双层管在S-Lay铺管作业过程中,需要对管道的应力、应变以及疲劳进行分析。考虑到不同建模方式对计算误差及时间成本的影响,依托南海海域某双层管铺管项目设计实例,探讨了采用Orcaflex软件建立双层管等效管模型的方式,并对等效管模型和双层管模型计算所包含的静态计算、动态计算和充水工况计算的结果进行了对比。研究表明:等效管模型建立的关键在于物理参数的准确确定,尤其需注意各应力加载系数的合理折算;在进行双层管铺设计算时,在静态、动态和疲劳情况下,等效管模型和双层管模型计算结果差别不大,可以用等效管模型进行计算;对于充水工况而言,Orcaflex软件的充水工况设置对双层管模型并不适用,建议用等效管代替。

摘要： 针对东方1-1气田的海况,基于OrcaFlex专业海工软件建立平台钻杆下放采油树的仿真模型,研究了水下采油树在下放过程中钻杆的受力情况,以及采油树的运动响应问题。研究结果表明:在钻杆受力方面,下放过程中所受到的Von Mises应力以及弯矩都主要集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,在钻杆与采油树连接处有较小的应力集中和弯矩。在敏感性参数分析方面,风速对下放过程钻杆受力、弯矩以及水下采油树的运动响应影响很小;海流流速、浪高、海况的方向角度对其影响较大,其中海流流速和浪高都是正影响;不同的海况方向角度对钻杆的受力和采油树的运动响应有不同程度的影响。研究结果将对国内水下采油树的安装提供一定指导作用。

摘要： 水下采油树的下放安装作业环境载荷非常复杂,下放作业窗口是我国南海水下采油树下放过程中亟待解决的关键问题。针对东方1-1气田73 m水下采油树钢丝缆绳下放安装方法,分析了水下采油树下放作业过程。利用OrcaFlex建立了工程船-钢丝缆绳-水下采油树系统的耦合模型,研究了不同浪高、流速、波浪方向角等关键因素对水下采油树安装过程的钢丝绳受力和采油树运动响应的影响。利用正交试验方法研究了各个影响因素的关键度排序,形成了水下采油树钢丝缆绳下放的作业窗口。研究结果表明:当浪高在[5.06 m,0 m],流速为[0 m/s,1.09 m/s]的封闭区域(安全作业区域)内,适合于东方1-1气田水下采油树下放安装作业。研究结果可为水下采油树钢丝绳下放安装过程提供一定的指导。

摘要： 基于最小势能原理建立立管非线性力学模型,应用海洋工程分析软件OrcaFlex进行数值模拟,通过控制变量法分散浮筒的布置位置,建立单波、双波和三波形立管。考虑浮式生产储泄油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)六自由度响应,对比3种波形立管垂向运动及整体von Mises应力分布,通过比较触地点动态位移判断出具有最优运动隔离效果的立管构型。结果表明:考虑浮体响应后浮筒的分散布置有利于立管垂向速度和加速度的平稳过渡;在3种波形中双波形对重点位置的张力优化效果最佳、抵抗材料发生屈曲变形的能力最强且该波形隔离浮体运动响应的效果最优。

摘要： 浮式风电用动态缆的疲劳寿命校核是动态缆设计中的关键步骤,是浮式风电长期安全运行的保证。本文基于时域疲劳分析法对浮式风电用动态缆的疲劳性能进行校核,总结了动态缆疲劳分析各阶段的理论方法,根据规范要求对长期海况进行分块处理以减少分析工况,基于雨流计数法对应力时程进行统计计数。针对动态缆这种多单元结构采用水动力分析软件Orcaflex中的应力系数法计算各单元的应力,并通过国内海缆厂应用较多的有限元软件Uflex计算应力系数。本文的动态缆疲劳校核方法具有一定的工程应用价值。

摘要： 与国外制造加工的管汇相比,国产化管汇有质量较轻、体积较小且高度面积比小的特点,当穿越飞溅区时会受到较大的波流载荷,在海床着陆阶段需要将其升沉方向的运动速度和运动位移控制在设计范围之内。该文主要针对这两种工况进行建模优化分析,结果显示在保证管汇和船舷的安全距离的情况下,吊臂角度减少至70°较适宜作业;在海床着陆阶段,开启吊机主动升沉补偿系统(Active Heave Compensation,AHC)可以确保管汇的垂向运动速度和位移均满足施工要求,降低吊机钩头的动态载荷。该文为国产管汇的海上安装提供了指导。

摘要： 坐底式海底潜标系统可用于采集海底边界层物理化学等参数,是海洋天然气水合物勘查开发过程中必不可少的关键技术手段。海底潜标的回收上浮过程易受波浪和海流等环境因素的影响,不同环境对上浮过程速度及偏移量的影响不尽相同。为了保障海底潜标精准回收和数据安全,研究坐底式海底潜标系统上浮过程受力分析及动态响应尤为重要。本文基于OrcaFlex软件对坐底式海底潜标释放上浮过程进行了模拟仿真,针对坐底式海底潜标和主体结构释放回收过程分别建立了有限元分析模型。通过设计系统及环境参数完成了坐底式海底潜标释放回收过程中受力分析及动态响应计算,为坐底式海底潜标系统的设计研发和回收作业提供指导。模拟结果表明,海底潜标在2000 m水深处被释放后约18 min上浮至海面。受洋流影响,上浮速度约2 m/s,上浮过程水平偏移量约70 m。海试验证表明,实际情况与模拟结果一致,该潜标的回收上浮过程满足可控范围内安全条件。坐底式海底潜标在释放后被顺利打捞,验证了该系统方案设计的可行性,为海洋数据安全回收及工程应用提供了基本保障。