波浪谱分析在FPSO运动响应上的应用

FPSO系泊系统的运动响应分析本文以“海洋石油118”号为FPSO尺寸参考,通过AQWA软件模拟分析FPSO 系泊系统在单位规则波下的频域响应情况,研究附加质量、辐射阻尼、一阶波激力、二阶漂移力和运动响应幅值算子RAO随水深、频率、浪向角的变化情况。

在频域分析的基础上,通过时域耦合分析研究FPSO的系泊缆材料、系泊点位置、预张力大小、缆间角大小、布置方式、布置种类和系泊半径等因素对FPSO最大水平位移和系泊缆绳张力的影响。

并将聚酯缆和钢缆各自按照一定的比例,采用分段式和多股索式组成新型系泊材料,通过时域耦合分析,优选出最适合当前海况下的内转塔式单点系泊系统。

参考“海洋石油118”号的尺寸参数,通过PRO-E软件,建立了简易的三维FPSO 模型。

基于三维势流理论及边界条件,利用ANSYS Workbench软件平台,调用Hydrodynamic-Diffraction频域计算模块,对FPSO在单位规则波诱导下所受到的水动力响应进行了分析,得到了:FPSO的初稳性与水深的关系;FPSO的附加质量和水深、频率的关系;FPSO的辐射阻尼和水深、频率的关系;FPSO的一阶波激力和水深、频率、浪向角的关系;FPSO的二阶漂移力和水深、频率、浪向角的关系;FPSO的运动响应幅值算子RAO和水深、频率、浪向角的关系,对后续研究提供了数据基础。

采用时域耦合分析方法,利用ANSYS Workbench软件平台,调用时域计算模块Hydrodynamic-Response,对FPSO在南海目标海域一年一遇的环境参数下响应30分钟的情况进行了模拟计算,按照控制变量法的设计理念,探讨了系泊材料、系泊点、预张力大小、缆间角、布置方式、布置类别和系泊半径等参数对FPSO运动响应的影响,分析不同参数下FPSO的水平最大偏移值和系泊缆的最大张力安全系数的变化情况。

并在结果分析的基础上,模拟相同参数的FPSO在南海百年一遇的作业工况下响应30分钟的响应情况,验证结论的可靠性。

风浪流成长全过程单点系泊FPS O运动低频响应极值研究窦培林;朱建;陈刚;施兴华;袁洪涛【摘要】To explore the low frequency extreme response of single-point moored FPSO during the whole process of growing ofwind/wave/current,three-dimensional potential flow theory and nonlinear time domain coupled analysis method was applied,the relationship between incident angle of wind/wave/current and low frequency motion re-sponse of single-point moored FPSO was investigated,low frequency extreme response of single-point moored FPSO during the whole process of growing of wind/wave/current was studied.The results show that the low frequency motion response is related to the incident angle of the wind/wave/current,and the biggest low frequency motion re-sponse maybe not appear in peak stage,but appear in development or decay stage.Therefore,in the study of low frequency motion response of single-point moored FPSO,one must consider the development or decay stage.It of-fers an important reference to single-point moored FPSO hydrodynamic performances analysis.%为了探求风浪流成长全过程对应的单点系泊FPSO低频响应极值，应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法，研究了单点系泊FPSO 低频运动响应与风浪流入射角度之间的关系，得出了给定风浪流大小前提下最危险的入射角度，计算了风浪流载荷在发展、顶峰、消亡各不同阶段对应的船体低频运动响应极值。

FPSO在海洋环境中的抗风、抗浪能力研究与改进FPSO（Floating Production Storage and Offloading）是一种在海洋环境中进行石油或天然气生产与储存的浮式生产平台。

由于其作业的独特环境，抗风、抗浪能力是其设计与运营过程中需要考虑的重要因素。

本文将重点探讨FPSO在海洋环境中的抗风、抗浪能力研究与改进的相关内容。

首先，抗风能力是FPSO设计与运营中的关键问题之一。

在海洋环境中，风是主要的外部力之一，对FPSO的稳定性和安全性有着重要影响。

为了改进FPSO的抗风能力，研究人员采取了多种方法。

首先，通过进行风洞试验来模拟不同风力下FPSO的响应情况，进而改进结构设计和布局，提高抗风能力。

其次，利用数值模拟方法，对FPSO在不同风速下的响应进行研究，以优化结构参数和增强抗风能力。

此外，采用风力牵引和缓冲系统、主动控制系统等技术手段也可以减小FPSO的风载荷，提高其稳定性。

其次，抗浪能力也是FPSO在海洋环境中需要解决的问题之一。

海浪是海洋环境中的主要力量之一，对FPSO的运营和安全性能具有重要影响。

为了研究和改进FPSO的抗浪能力，研究人员采取了多种措施。

首先，通过数值模拟方法模拟FPSO在不同波浪条件下的运动响应，进而改进结构设计和布局，提高抗浪能力。

其次，研究人员还研发出各种被动和主动控制系统，如抗浪锚系统、动力定位系统等，以减小浪载荷对FPSO的影响，提高其稳定性。

除了抗风、抗浪能力的研究和改进，FPSO在海洋环境中还需要解决其他一些相关问题。

例如，FPSO的抗冰能力对于在极寒海域的运营至关重要。

针对这一问题，研究人员研发出了各种防冰措施和设备，如预防冰堆积的结构设计、自动化冰浮控制系统等，提高FPSO的抗冰能力。

另外，FPSO的海洋环境监测与预警系统也是一个重要的研究方向。

通过采集和分析海洋环境的实时数据，FPSO的运营和维护人员可以及时预测和应对可能发生的自然灾害，保障其安全性。

某单点系泊 FPSO 运动性能计算分析何进辉;唐坤【摘要】通过浪向角分析确定环境条件，应用商用软件对单点系泊 FPSO 进行运动性能计算分析，评估 FPSO 的耐波性并为 FPSO 提供设计依据。

首先采用静态分析方法，计算在不同风、浪、流组合下 FPSO 艏向和浪向之间的夹角与有义波高的关系，给出有义波高相对于夹角的包络线，并根据此包络线确定运动性能分析的环境条件；其次，介绍船体横摇运动的阻尼成分以及阻尼的估算方法，并采用三维线性势流理论计算船体运动的 RAO ；最后，对某型单点系泊 FPSO 进行浪向角和运动性能的实例分析，评估该型 FPSO 的耐波性。

%Environmental condition determined by wave heading analysis has been used for the motion analysis of a single point mooring FPSO by commercial software in order to evaluate its seakeeping performance and provide design basis. Based on the static analysis method, it calculates the relationship between significant wave height and included the angle between ship heading and wave direction under the different combination of wind, wave and current. It provides the contour of the significant wave height relative to the included angle for the determination of environmental condition of motion analysis. Secondly, it introduces the roll damping component and its evaluation method, and calculates RAO of ship motion by 3D linear potential theory. Finally, it analyzes the heading angle and motion performance of a single-point-mooring FPSO, and evaluates its seakeeping performance.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P7-13)【关键词】海上浮式生产储油船;单点系泊;运动性能分析;浪向角分析【作者】何进辉;唐坤【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海 200011;中国海洋石油有限公司深圳分公司深圳 518067【正文语种】中文【中图分类】U661.32海上浮式生产储油船（Floating Production Storage and Offloading，简称FPSO）在海洋环境受到风、浪、流的联合作用。

圆筒型FPSO在波浪中运动响应特性研究
李刚;李达;王朝阳;易丛;贾鲁生
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2022(33)2
【摘要】圆筒型FPSO作为一种新型海洋工程装备,逐渐被应用于全球海洋油气资源的开发。

该文以适用于南海深水油气田开发的圆筒型FPSO为研究对象,基于三维势流理论和莫里森(Morison)方程,采用Sesam软件建立圆筒型FPSO的湿表面模型和水动力计算模型,并对圆筒型FPSO在波浪中的频域运动响应特性进行计算,将载重量相近的圆筒型FPSO与船型FPSO的纵摇、横摇和垂荡运动响应进行对比研究,结果表明圆筒型FPSO的运动特性优于船型FPSO。

该文同时也对不同船体直径、阻尼板直径、船体吃水以及环境条件重现期下的圆筒型FPSO垂荡运动响应进行研究,研究结果对于圆筒型FPSO的总体设计具有重要指导作用。

【总页数】7页(P22-28)
【作者】李刚;李达;王朝阳;易丛;贾鲁生
【作者单位】中海油研究总院有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】U661.3
【相关文献】
1.西非海域环境条件下FPSO运动及载荷响应特性研究
2.FPSO型采油平台波浪力与运动响应分析
3.30万吨级FPSO拖航运动响应和波浪载荷分析
4.水深对超大型FPSO运动响应与波浪载荷的影响
5.波浪谱分析在FPSO运动响应上的应用
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第21卷第4期装备环境工程2024年4月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·109·某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究刘中柏1，高宁波2*，唐鑫彤3，徐业峻1（1.中海油能源发展股份有限公司采油深圳分公司，广东 深圳 518052；2.武汉船舶职业技术学院，武汉 430050；3.中国船级社海工技术中心，天津 300457）摘要：目的评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性，进而得到FPSO的极值荷载，作为FPSO返坞改造的关键控制参数。

方法基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS，建立15万吨级FPSO湿表面网格模型，根据三维绕射-辐射理论，计算湿表面上的水动力荷载，将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。

采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析，得到短期运动极值响应。

对响应幅值算子（RAO）和波能谱密度进行谱分析，得到极端波浪下的响应谱，进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值，利用统计方法求得短期响应的最大值。

结果计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值，即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等，发现船舶迎浪时弯矩值最大，随着浪向角增大，弯矩值逐渐减小，剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。

结论 FPSO 在极端波浪作用下，其大迎浪角条件下荷载更加危险，需要给予格外关注。

关键词：浮式生产储卸油装置；势流理论；极端波浪；响应幅值算子；水平弯矩；加速度中图分类号：TG630 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)04-0109-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.04.013Wave Loads of a 150 000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea AreaLIU Zhongbai1, GAO Ningbo2*, TANG Xintong3, XU Yejun1(1. CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Guangdong Shenzhen 518052, China;2. Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China;3. China Classification SocietyOcean Engineering Technology Center, Tianjin 300457, China)ABSTRACT: The work aims to evaluate the hydrodynamic characteristics of a typical cross section of a 150 000-ton FPSO un-der extreme wave conditions, occurring in a once-in-a-century wave climate in the South China Sea to obtain the extreme load imposed on the FPSO and use it as a critical control parameter for the FPSO’s dry-dock retrofit. Based on the domestically de-veloped 3D frequency-domain linear potential flow software COMPASS-WALCS, a wet surface grid model of the 150 000-ton FPSO was constructed. The three-dimensional diffraction-radiation theory was used to calculate the hydrodynamic loads on wet收稿日期：2024-03-05；修订日期：2024-04-01Received：2024-03-05；Revised：2024-04-01基金项目：中国博士后科学基金（2017M612541）Fund：China Postdoctoral Science Foundation (2017M612541)引文格式：刘中柏, 高宁波, 唐鑫彤, 等. 某海域极端环境下15w吨级FPSO波浪荷载数值研究[J]. 装备环境工程, 2024, 21(4): 109-115. LIU Zhongbai, GAO Ningbo, TANG Xintong, et al.Wave Loads of a 150,000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea Area[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(4): 109-115.*通信作者（Corresponding author）·110·装备环境工程 2024年4月surface and the water pressure results on each diffraction unit were directly mapped onto the structural model for computation.Spectral analysis was employed to analyze the once-in-a-century wave climate resulting in short-term extreme motion responses.By analyzing the response amplitude operator (RAO) and wave energy spectral density, the response spectrum under extreme waves was obtained to predict various statistical values for the short-term vessel motion and wave loads. Statistical method was used to determine the maximum short-term response. The extreme load values of Fr143 cross section in the middle of the ship, namely vertical bending moment, vertical shear force and profile center acceleration, were calculated. It was found that the bending moment of the ship was the largest when facing the wave, and the bending moment gradually decreased with the in-crease of the wave angle, while the vertical shear force of the cross section gradually increased with the increase of the wave an-gle. It can be concluded that the FPSO experiences more hazardous loads when facing extreme waves at large wave angles which require special attention and consideration.KEY WORDS: FPSO; potential theory; extreme wave; RAO; horizontal bending moment; acceleration海上油气开采是海洋经济的重要组成部分，其依赖于各种海洋平台完成油气钻探和生产作业。

FPSO耐波性研究亓俊良;杨贵强;温宝贵【摘要】本节讨论了FPSO的耐波性(seakeeping),包括船体在波浪中产生的各种摇摆运动、拍击、上浪和波浪弯矩的变化.它关系到FPSO在风浪中的工作能力和风暴自存的安全性.历来是设计和使用人员十分关心的问题.【期刊名称】《资源节约与环保》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5页(P156-159,181)【关键词】耐波性【作者】亓俊良;杨贵强;温宝贵【作者单位】中海油能源发展采油服务公司,天津塘沽,300452;中海油能源发展采油服务公司,天津塘沽,300452;中海油能源发展采油服务公司,天津塘沽,300452【正文语种】中文1、目的研究FPSO耐波性的目的在于认识和了解船舶在波浪中产生各种运动的机理，以及它们的危害；探讨防止或减小运动及其危害的措施。

在确定船舶规模时，应保证整个系统（船和系泊）的纵荡和横荡周期至少大于设计波谱峰周期的3倍。

这样做将减小周期为3—25s范围内的波频能量对整个系统的响应幅。

保证纵摇和横摇固有周期大于设计波谱峰周期，对于减小FPSO的波频运动也是很值得的。

然而，在很多情况下难以做到，安装舭龙骨对增大横摇运动阻尼很有效。

耐波性优劣是衡量船舶性能好坏的重要指标之一。

对于在环境条件恶劣海域作业的钻井船和船形FPSO，耐波性是最重要的性能。

2、FPSO耐波性的主要研究内容1）船体六个自由度的运动，其中以横摇、纵摇和垂荡影响最为重要。

剧烈的摇摆运动可能引起一系列不利，甚至严重的后果。

2）拍击，严重的纵摇和垂荡引起船体与波浪之间猛烈的相对运动，即局部冲击。

拍击多发生在船首，严重的拍击使船体振颤，船首局部结构损坏。

3）甲板上浪，船舶在波浪中剧烈摇荡，海水冲上甲板。

上浪可能对人员，设备和结构形成威胁。

船舶摇摆运动主要是由波浪扰动引起的，横摇、纵摇和垂荡影响最大，是主要的研究对象。

由于波浪是随机的，船舶摇摆也是随机的。

3、研究的理论基础1）线性叠加原理195 3年，丹尼斯和皮尔逊将随机理论中的线性叠加原理引进到船舶摇荡研究中来，这样，就把十分复杂的船舶摇荡问题转化为概率论和数理统计理论上来了，使得预报船舶对不规则波的运动响应成为可能。

基于AQWA的FPSO系泊系统响应数值模拟FPSO是Floating Production Storage and Offloading的缩写，是一种常见的海洋油气开采方案。

为了保证FPSO的安全和稳定，需要进行严格的系统响应数值模拟。

AQWA是一款专用于船舶和海洋结构物的数值模拟软件，可以用于FPSP系泊系统响应数值模拟，具有较高的精度和可靠性。

船型选择是FPSP系统响应数值模拟的关键，船型的选择必须与所在水区环境相匹配，以达到尽可能降低系统波浪响应的目的。

使用AQWA软件可以针对FPSO的船型进行数值模拟，分析不同波浪条件下的系统响应以及其稳定性的影响。

在各种波浪条件下，对FPSO系泊系统的数值模拟能够更加真实精确地模拟其响应情况，从而为系统的稳定性研究提供了更加可靠的结果。

在模拟过程中，考虑到FPSO的结构和船舶外观，以及环境因素，联合数值工具计算出FPSO系统的最大响应，以及其是否处于稳态。

在数值模拟结束后，还可以进行系统响应统计和数据可视化处理，进一步分析并研究FPSO系统响应情况。

由此可见，AQWA软件可以有效用于FPSO系泊系统响应数值模拟，具有高精度、可靠性高、容易使用等优点。

在FPSO开采方案中，使用AQWA进行系泊系统响应数值模拟，可以提供有力的科学依据，为保障FPSO的安全运营提供重要的支撑。

在进行AQWA的FPSO系泊系统响应数值模拟时，需要考虑到多个因素，包括波浪条件、FPSO结构和船型等。

在此基础上，分析得出相关数据，从而深入了解FPSO系泊系统响应情况。

下面将列出相关数据，并进行分析。

1. 波浪条件数据：波高范围：0.5m-8m周期范围：3s-14s波浪谱类型：JONSWAP2. FPSO结构和船型数据：长度：275m宽度：46m吃水：22m最大荷载：190000DWTFPSO船型：S型3. 系泊系统响应数据：FPSO系泊系统最大响应：2.1mFPSO系泊系统平均响应：0.6m从上述数据可以看出，波浪条件是FPSO系泊系统响应的主要影响因素之一，波高和周期对系统响应情况产生着显著的影响。

FPSO单点系泊系统运动响应分析内转塔式单点系泊FPSO具有适应水深范围较大、抵抗海洋环境能力较强、经济性相对良好的优点，因此已经成为海洋工程领域研究的热点。

其中单点系泊系统及FPSO与驳船串靠外输模式下的运动响应预报是目前急需解决的重要问题，开展系泊系统设计与多体耦合运动响应研究对于保障FPSO的运输安全具有重要的指导意义。

本文采用基于三维势流理论的AQWA软件进行FPSO单点系泊系统及串靠外输系统的水动力分析及耦合运动的实时数值预报。

本文对FPSO微幅波诱导下的水动力进行了分析，得到了附加质量、辐射阻尼、一阶波激力、平均二阶漂移力和运动响应幅值算子随水深、吃水深度、入射浪向角的变化规律。

在水动力计算结果的基础上，本文对FPSO的系泊系统进行了初步设计，并对深水FPSO及张紧式单点系泊系统耦合动力响应进行了计算分析。

针对1000米水深，百年一遇海况下的FPSO系泊系统耦合运动响应进行了实时数值预报，得出了不同风、浪、流方向组合下FPSO的平衡位置、运动响应及系泊缆张力的时域统计结果，结果指出FPSO系泊系统的安全系数在浪、流同向，斜风或侧风时偏小。

为提高FPSO系统的作业安全，增加其使用寿命，应尽量减小平台的水平偏移量、增加系泊系统的安全系数，本文针对这两个要求，探讨了内转塔位置、张紧式系泊缆材料分布、系泊缆预张力大小与方向、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系泊性能的影响，在综合考虑所有参数影响规律的基础上，提出了一套1000m内转塔式单点系泊系统的优选方案：其中转塔距船艏柱25%Lpp，系泊半径1500m，缆长1775m，下端钢链占总长9%，中段聚酯缆占总长90%，上端钢链占总长1%，预张力3367.3KN，预张力倾角36°，缆绳9根（3组×3根/组），每组三根缆间夹角5°，并对该系泊系统进行了完整工况及破损工况下的强度校核，均可满足FPSO系泊定位的工程要求。

FPSO的海洋环境作用力分析与优化研究FPSO是浮式生产储油船（Floating Production Storage Offloading）的简称，它是一种移动式海上石油开采装备，具备生产、储存和转运原油的功能。

FPSO在海洋环境中承受着各种作用力，如波浪力、风力和洋流力等，这些作用力对FPSO的稳定性和安全性都具有重要影响。

因此，分析和优化FPSO在海洋环境中的作用力是一项重要的研究任务。

首先，我们来了解FPSO在海洋环境中所承受的波浪力。

海洋波浪是由风引起的海面波动，波浪力对FPSO的稳定性和航行性能都有很大影响。

因此，研究FPSO在不同波浪条件下的运动响应是必要的。

研究表明，FPSO的回波、摇晃和横摇运动主要受到波浪力的影响。

为了减小波浪力对FPSO的影响，可以采取一些措施，如增加FPSO的自动稳定装置、改变FPSO的船型设计以降低波浪力等。

其次，FPSO还要面对强大的风力作用。

海洋风力是由大气层中的风引起的，对FPSO的稳定性和安全性造成了较大的威胁。

FPSO的抵抗风力的能力主要取决于其结构设计和锚泊系统。

为了提高FPSO的抵抗风力能力，可以采用节流装置来减小风力作用面积，增加FPSO的稳定性。

另外，合理设计FPSO的锚泊系统也是非常关键的，通过合理布置锚链和船舶解约系统，可以有效减小风力对FPSO的影响。

此外，洋流力也是影响FPSO的一个重要因素。

洋流是海洋中的水流动力学现象，它对FPSO的运动和位置稳定性产生了很大的影响。

洋流力会导致FPSO的位置偏移和运动，这对于FPSO的操作和安全性都会产生直接影响。

为了降低洋流力对FPSO的影响，可以采用定位系统，如动态位置定位系统和全球定位系统等。

这些系统可以帮助FPSO在洋流环境中保持稳定的位置，并减小洋流力对FPSO的影响。

最后，为了进一步优化FPSO在海洋环境中的作用力，应当采取综合策略来解决上述问题。

首先，应加强对FPSO结构设计的研究，优化船体形状和结构，以减小波浪力和风力的影响。