淺水大型FPSO運動及甲板上浪特性研究.pdf

1、渤海是我國海上石油主要產(chǎn)區(qū)之一,新開發(fā)的秦皇島32-6、渤中25-1、曹妃甸11-1和蓬萊19-3等億噸級大油田都有浮式生產(chǎn)儲油輪(FPSO)工作于水深20m左右的淺水中。國際上,越來越多的LNG船、LNG浮式接收終端需要系泊于近岸淺水海域。由此,大型浮體在淺水中的水動力特性,如運動響應(yīng)、系泊載荷、是否觸底、甲板上浪等,仍將是國內(nèi)外的研究熱點之一。FPSO常年系泊于特定海域,所遇海洋環(huán)境極為復(fù)雜,甲板上浪時有發(fā)生,上浪水體會對船體及甲板

2、設(shè)備造成嚴重損壞。在非共線風浪流作用下,單點系泊的FPSO船體處于斜向迎浪狀態(tài),此時的運動性能和甲板上浪特性值得進一步研究。本文以淺水大型FPSO在渤海海域的應(yīng)用為研究背景,以單點系泊于PL19-3淺水油田的30萬噸級FPSO為研究對象,通過模型試驗和數(shù)值模擬的方法,對淺水FPSO遭遇非共線風浪流組合海況時的運動特性及斜向迎浪時甲板上浪特性進行了研究分析。首先,基于三維線性勢流理論通過頻域和時域數(shù)值模擬得到淺水不同水深、不同波浪條件下風

3、浪流聯(lián)合作用下FPSO的運動響應(yīng),并與相應(yīng)模型試驗結(jié)果比較分析淺水中風浪流聯(lián)合作用下FPSO的運動特性;其次,結(jié)合運動特性及甲板上浪的模型試驗結(jié)果分析了淺水FPSO的甲板上浪特性,并檢驗了甲板上浪工程快速時域預(yù)估方法的可靠性;最后基于FLUENT軟件,建立4種水深的三維數(shù)值水池,在不同水深、不同浪向角條件下,對固定和運動FPSO遭遇不同波高規(guī)則波時的波浪爬升及甲板上浪情況進行了模擬,并與模型試驗進行對比,揭示試驗結(jié)果的產(chǎn)生原因,進而分析

4、了浪向角、淺水深及波高對上浪的影響,得出淺水FPSO上浪的規(guī)律,為應(yīng)用于淺水的FPSO避免上浪發(fā)生提供理論依據(jù)。研究表明:首搖角對于FPSO的搖蕩及上浪均影響顯著;非共線風浪流使得船體斜向迎浪,船舯附近比船首和船尾處更容易發(fā)生甲板上浪;不考慮波浪堆積爬升的甲板上浪時域預(yù)估方法并不適用于淺水;相同波高下,水深較小時運動較小,符合淺水效應(yīng)規(guī)律,但此時舷側(cè)甲板波浪堆積明顯,上浪更為嚴重;淺水深對上浪也有顯著影響,水深越淺,波浪爬升及上浪越劇烈