大型浮体浅水效应技术与应用

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21、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3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41、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5大型浮体浅水效应技术研究基本原理：λ＝H/TH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6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7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8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9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10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11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12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13中海油研究总院一、“海洋石油113”FPSO主尺度设计：按传统H/T>1.3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/T>1.3的概念1.15；载重量提高了约3万吨。应用案例14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15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）323313-3.2%船宽（m）54.363

16%型深（m）26.232.524%吃水（m）20.520-2.5%应用案例16中海油研究总院“海洋石油113”16万吨级FPSO

2004年8月投产“海洋石油117”30万吨级FPSO

2009年5月投产应用案例17中海油研究总院主要技术参数海洋石油113海洋石油117垂线间长（m）282313船宽（m）5163型深（m）20.632.5