大型浮体浅水效应技术与应用.ppt

* * 中海油研究总院 范模 苏州 2013年9月 大型浮体浅水效应技术与应用 2013年(第四届)海洋石油工程技术年会 * 1、技术背景 2、大型浮体浅水效应技术研究 3、应用案例 目 录 中海油研究总院 * 技术背景 背景情况： 2000年，在蓬莱19-3油田开发的30万吨旧油轮改装方案中，一次模型试验时发现的，浮体随水深变浅时，其运动状态改变了，垂向运动变小，水平运动变大的现象； 2002年11月，申请国家863“渤海大油田勘探开发关键技术”中的“浅水超大型浮式生产储油系统关键技术 ”研究课题； 2004年10月课题验收，取得重大技术突破，从理论分析、数值模拟和模型试验研究上找到了规律，得到船底至海底间隙的临界值，总结了“大型浮体浅水效应”的FPSO主尺度设计的方法； 成果应用在了“海洋石油113”和“海洋石油117”FPSO的主尺度设计上，解决了渤海浅水中应用大型FPSO的实际问题。 中海油研究总院 * 1、技术背景 2、大型浮体浅水效应技术研究 3、应用案例 目 录 中海油研究总院 * 大型浮体浅水效应技术研究 基本原理： λ＝H/T H为水深，T为浮体吃水； 常规理论认为：当?=1.3，船舶吃水参数设计应小心，当心船舶碰底。我们试验结果表明，船底距离海底距离可以更加小，不会发生触底，浮体垂向运动减少，水平运动加大；当吃水越接近水深时，垂向运动越明显，相当于有一个“水垫”作用；?存在一个似碰而非碰的临界值。 中海油研究总院 * 大型浮体浅水效应技术研究 当水深吃水比值从1.3减少1.1时，横摇、纵摇与垂荡的附加质量分别增加了3.3倍、5.3倍和5.7倍。 随着水深减小，横摇固有周期比深水增大20%~41%。 中海油研究总院 * 大型浮体浅水效应技术研究 随着水深吃水比值降为1.15时，横摇阻尼系数增大约2.3倍。 浅水 深水 随着水深减小，水平系泊力增加约40%。 中海油研究总院 * 大型浮体浅水效应技术研究 大型浮体浅水效应主要研究结论： 浮体横摇的固有周期随浮体底至海底距离的减小加大； 随着浮体底至海底距离减小，浮体的垂向运动幅度减小，但水平方向的运动加大； 对于被系泊浮体，其系泊力比常规水深增大； 浮体阻尼、附加质量等水动力参数发生很大变化，常规数值不可参考使用； 大型浮体浅水效应主要是浮体底部的水压力作用； 水深吃水比值可小于1.3（?=1.1~1.25），存在一个临界值。 中海油研究总院 * 大型浮体浅水效应技术研究 2002年上海交大模型试验 2011年荷兰MARIN水池试验 模型试验结果： 2002年，应用大型浮体浅水效应成果确定“海洋石油113”设计吃水为14.5m； 2011年，在荷兰MARIN水池试验中，没有发生触底情况，说明吃水参数设计合理； 系泊力由800吨提高到1300吨。 中海油研究总院 * 目 录 1、技术背景 2、大型浮体浅水效应技术研究 3、应用案例 中海油研究总院 * 中海油研究总院 大型浮体主尺度优化 “大型浮体浅水效应”应用思路 预报浅水环境下的系泊力 预报浮体的波浪载荷 获得了大型浮体在浅水下的运动响应及水动力特性变化规律： 粘性、附加质量、阻尼 波频运动、一阶波浪力 慢漂运动、慢漂力 动压力 应用案例 * 中海油研究总院 FPSO主尺度优化设计原则： 加大FPSO吃水、加大型深、加大船宽和缩小船长（三个加大，一个缩小）；提高装载体积、提高耐波性、改善总纵弯矩； FPSO船体钢料重量WH与船长L、船宽B与型深D的关系： WH=k·L1.83·B0.75·D0.5 其中: k=0.00965 用“大型浮体浅水效应”方法设计FPSO主尺度，装载能力可提高6~9%。 应用案例 * 中海油研究总院 一、“海洋石油113”FPSO主尺度设计： 按传统 H/T1.3 概念，其FPSO吃水应该是12.33m，这个吃水只能是12~13万吨级的FPSO； 将“海洋石油113”FPSO满载设计吃水做到14.5m，突破了传统的 H/T1.3 的概念 1.15； 载重量提高了约3万吨。 应用案例 * 中海油研究总院 “海洋石油113”侧视图 “海洋石油113”横剖面图 “海洋石油113”浅水效应原理图 一、“海洋石油113”FPSO主尺度设计： 应用案例 * 中海油研究总院 二、“海洋石油117”FPSO主尺度设计： 在蓬莱19-3油田的30万吨级FPSO的主尺度设计上，外方接受了中方的建议方案：增大船宽与型深尺度，缩小船长尺度； 30万吨FPSO主尺度演变过程： 船长（m） 323 313 -3.2% 船宽（m） 54.3 63 16% 型深（