fpso水下浮体结构强度分析研究(附件)
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 论文研究背景和意义 1
1.3 FPSO简介 2
1.3.1 FPSO发展历史 2
1.3.2 FPSO的结构简介 3
1.3.3 FPSO中水浮筒简介 4
1.4 FPSO及其中水浮筒的研究及展望 5
1.5 本论文的主要研究工作 6
第二章 计算浮筒载荷的主要理论和方法 7
2.1 引言 7
2.2 设计载荷分析 7
2.2.1 环境载荷 7
2.2.2 载荷工况 7
2.3 海流理论 7
2.4 波浪理论 8
2.4.1 该理论的三个基本假定 9
2.4.2 该理论的边界条件 9
2.5 莫里森方程 9
2.6 三维势流理论的基本假定和速度势 12
2.6.1 该理论的两个基本假定 12
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2.1 环境载荷 7
2.2.2 载荷工况 7
2.3 海流理论 7
2.4 波浪理论 8
2.4.1 该理论的三个基本假定 9
2.4.2 该理论的边界条件 9
2.5 莫里森方程 9
2.6 三维势流理论的基本假定和速度势 12
2.6.1 该理论的两个基本假定 12
2.6.2 该理论的速度势 12
2.7 ABS校核方法 13
2.8 ANSYS软件的简介 14
2.8.1 ANSYS软件的主要功能 14
2.8.2 ANSYS软件的分析过程 14
第三章 FPSO中水浮筒有限元模型的建立 16
3.1 引言 16
3.2 浮筒的主尺度信息 16
3.3 材料参数 17
3.4 ANSYS建模过程 18
3.4.1 坐标系的设定 18
3.4.2 单元类型的定义 19
3.4.3 材料特性的定义 20
3.4.4 通用截面梁 20
3.4.5 创建关键点 21
3.4.6 生成线单元 22
3.4.7 生成面单元 23
3.5 WMA模型的网格划分 25
第四章 FPSO中水浮筒的强度校核 26
4.1 中水浮筒的约束 26
4.2 中水浮筒的设计载荷 27
4.3 中水浮筒的载荷施加 27
4.4 两种工况的浮筒强度分析 28
4.4.1 工况一：浮筒受到3.76barg压差 28
4.4.2 工况二：浮筒小头脱钩，受压差3.76barg 38
结 论 48
致 谢 49
参考文献 50
第一章 绪论
1.1 引言
深海和超深海的油气开发已成为海洋的开发的新热点。在深海和超深海油气开发中，深海平台的开发占据主导地位。寻求一种高效、安全、经济的深海采油平台成了一个世界瞩目的问题。由于深海自然环境条件严酷，深海平台必须提供一个满足开采作业要求的环境。在过去的20年里出现了应用于越来越深水域的浮式海洋油气生产系统。FPSO（Floating Production Storage and Offloading）装置具有移动灵活、适应性强、储油量大、投产快、投资低、可重复使用等极具竞争性的特点[1]，在海上油气资源开发中广泛应用，深水海域中FPSO系统的安全有效地工作就是作业者们所关心的问题。
目前中等深度和浅海的开发技术已经成熟，深海和超深海油气开发已成为海洋开发的热点。对于FPSO系统，国内外的学者已经开展了大量的研究。其研究的主要领域主要集中于：FPSO船体的设计、内转塔系统、系泊系统以及立管系统等，关于中水浮筒（MWA）的设计、制造及安装的公开文献发表还很少。在浮筒安装过程中，是用临时系泊缆固定。因此，如果临时系泊缆脱钩的话，浮筒会发生翻转，浮筒的强度及浮态无法保证。本文分别对其危险情况进行了强度和浮态进行了研究，首先采用大型有限元前后处理系统ANSYS来建立中水浮筒的有限元模型，并求解计算结构的强度，探究浮筒在不同工况下的强度。
1.2 论文研究背景和意义
目前,世界上主要的海上油田分布在很多区域[2]，比如：中东的波斯湾、美国的墨西哥湾、尼日利亚的西非的三角洲、委内瑞拉的马拉开波湖、欧洲的北海和我国的南海。而在这些油田中，超过300m水深的深水海域的储油量约为不超过300m的浅水海域的2.5倍之多。随着深海油气勘探技术的发展，越来越多的海底油气资源被陆续勘探出来，这让海洋油气资源占油气总资源的百分比逐年递增，甚至有可能挑战陆地油气资源的主导地位而成为最主要的能源产地。对于我国来说，由于经济发展的需要，我们对能源的需求也会与日俱增。据统计[3]，过去10年，我国新增石油产量53%来自海洋，2010年，这一比例达到85%。2008年第三次全国石油资源评价结果显示，我国海洋石油资源量约为246亿吨，其中70%位于深海。因此，海洋油气尤其是深水油气的开采已成为我国油气产业是重要的目标。
浮试生产储油卸油船（FPSO）的主要优点是机动性和运移性好，储油量大、投产快、投资低、可重复使用，并且具有适应深海采油，与海底完井系统结合的能力，在深水中抗风浪的能力，大产量的油气生产处理能力和原油储存能力。FPSO可与导管架井口平台组合，可与自升式钻井平台组合[4]，也可与海底的采油系统（海底采油树，海底注水井，海底管汇等）和穿梭油轮组成完整的采油系统。
就目前为止，国际上最大可以在水深达到2500m的海底进行油气的开采，水深的增加势必导致立管长度的增加，因此就会导致其自重的增加。再加上深海区域强大的海流就会导致巨大的立管的波动，产生强度疲劳，甚至引起立管的断裂，后果不堪设想。为了减小立管的运动使其正常工作，需要在中间加装一个水下浮体[5]，从而可以大幅度减少波动，提高开采效率，尤其是在水深1000米至2000米的情况下，它的经济性能更加突出，因此，采用大型中水浮筒方案是现存的解决该类世界难题的最有效技术。研究中水浮筒的总体性能，总体强度和结构响应，对我国深海采油的技术发展具有十分重要的意义。
1.3 FPSO简介
1.3.1 FPSO发展历史
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