浮式鉆井生產(chǎn)儲油輪水動力特性的數(shù)值研究.pdf

1、近些年來，全球能源的需求日益增長，各國競相爭奪開發(fā)深海蘊(yùn)藏的油氣資源，深水油氣開采技術(shù)的掌握成為領(lǐng)先開采戰(zhàn)略的主動權(quán)。傳統(tǒng)意義上油氣開采需要專門的鉆采平臺系統(tǒng)和儲油平臺系統(tǒng)，生產(chǎn)周期長、成本高且作業(yè)靈活性較差。浮式鉆井生產(chǎn)儲油輪（Floating, drilling, production, storage and offshore vessel，簡稱 FDPSO）既具有較強(qiáng)的生產(chǎn)儲油特點(diǎn)，又具備鉆探和完井的功能，是集油礦鉆探、原油生產(chǎn)

2、、儲備以及外輸?shù)裙δ苡谝惑w的海洋平臺。其優(yōu)越性能吸引了海洋石油工程界和眾多科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，一些船廠開始陸續(xù)建造。FDPSO有月池結(jié)構(gòu)，使其在波浪環(huán)境下的安全可靠性分析不能借鑒于一般船舶。因此，對FDPSO水動力性能的研究具有重要意義。
　　以一艘210米長的浮式鉆井生產(chǎn)儲油輪FDPSO為研究對象，采用水動力軟件AQWA數(shù)值模擬法，研究了南海海域下浮式鉆井生產(chǎn)儲油輪FDPSO的水動力特性。
　　基于三維勢流理論，在頻域范圍內(nèi)分

3、析了月池尺寸、位置、吃水下船體的六自由度的附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù)，研究了月池尺寸、位置、吃水對FDPSO總體水動力特性的影響。結(jié)果表明，月池內(nèi)流體的“活塞”振蕩會增大船體的垂蕩運(yùn)動幅度；船體附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù)存在極值，該極值對應(yīng)的波浪頻率與月池尺寸、吃水有關(guān)，與位置無關(guān)。對比分析了FDPSO壓載載況和滿載載況的船體水動力參數(shù)，包括運(yùn)動響應(yīng)幅值算子、一階波浪激勵力和平均波浪漂移力，研究了頻域范圍內(nèi)兩種載況FDPSO的水動力特性。由于船

4、體濕表面面積基本相似，滿載載況和壓載載況類似。
　　根據(jù)卡明斯原理，采用頻域轉(zhuǎn)換時域的方法，模擬中國南海海域環(huán)境，對FDPSO進(jìn)行船體/系泊纜時域耦合的運(yùn)動響應(yīng)分析。初步設(shè)計(jì)了FDPSO的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，選取南海一年一遇作業(yè)海況和百年一遇生存海況，進(jìn)行了風(fēng)、浪、流不同組合工況下壓載FDPSO的平衡位置、運(yùn)動響應(yīng)分析及鉆井和生存安全校核，驗(yàn)證了FDPSO滿足作業(yè)和生存條件；分析了生存海況下系泊纜索的完整系泊和單纜破斷情況下的運(yùn)動響應(yīng)和