FPSO浮式生产储油船

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念的是可行的,但还没有实际运用; 转塔系统会对立管的尺寸和数量形成约束(主要是在
经济指标上); 需要用到水下采油树和柔性立管(相对比较贵);
优势
新概念船
主要参数
FPSO的主要参数范围
储 存 能 力 200,000 2,000,000 桶
产能 30,000 -250,000 桶/ 天
船 体 重 量 100,000 350,000 总吨
韩国、新加坡、中国和巴西已经形成了“FPSO四强”的格局。目前中国有11家造船厂具备建造FPSO的能力、韩国10 家、新加坡19家、巴西16家。
虽然中国和巴西两国的FPSO建造规模突出,但相对而言新建FPSO的核心技术还是更多的掌握在韩国和新加坡造船 企业手中。
韩国的著名生厂商有三星重工、大宇造船和现代重工。新加坡拥有吉宝船厂、胜宝旺船厂。巴西建造FPSO的船企有 16家,业务主要依托巴西国家石油公司(Petrobras)。由于自身的实力有限,目前巴西国内主要的几家海工装备制造 企业均与外资合作,还需要依赖国外公司的技术支撑。巴西主要船企有吉宝巴西船厂、Atlantico Sul船厂(EAS)、 EEP、裕廊Aracruz船厂以及Rio Grande船厂。中国FPSO的设计主要由船舶工业集团708研究所承担,虽然国内有一批 建造能力较强的船厂,例如:外高桥造船厂、沪东船厂、江南造船厂和大连新船重工船厂、山海关船厂等,但是FPSO 的核心部件(主发电机、大型流量计、中央控制系统设备、惰性气体发生器、单点等)仍然依赖进口。
UZ=U10(Z/10)0.113
U10——超出静水面10米处位置一分钟以内的平均风速,m/s2
阵风风速
阵风风速通常定义为超出静水面10米位置处3秒以内的平均风速。为了设 计需求,通常也取为 50年或100年一遇的极限风载荷。超过静水水面高度 Z的阵风风速与超出静水水面10米高度阵风风速的关系表达式如下
西南石油大学
FPSO浮式生产储油船
导师:高云 小组成员:黄城熹/胡澍/曹仁宝/王攀宇/廖述兴/张洋
洋/李道雄/谭琦
目录
FPSO介绍
研究意义

FPSO的载荷分析

主要创新

介绍
FPSO船上安装了原油处理设备,有的FPSO有自 航能力,有的则没有采用单点系泊模式在海面上固定。 FPSO通常与钻油平台或海底采油系统组成一个完整的采 油、原油处理、储油和卸油系统,其作业原理是是通过海 底输油管线接受从海底油井中采出的原油,并在船上进行 处理,然后储存在货油舱内,最后通过卸载系统输往穿梭 油轮。
风载荷对FPSO的影响
当FPSO服役于目标油田时,将受到风浪流 的作用力。其中,风力给FPSO一个恒定的 静力,使其偏离原来的位置。风力计算在 FPSO系泊系统的分析过程中是非常重要的。
需要考虑2种风速
持续风速
阵风风速
风载荷
风载荷通常可表示为: F=ρaUw2SCD*0.5
UW——风速,m/s2 ρa——空气密度
适应水深 30 -2000 米 上部模块 2,000 –33,000 吨 立管数量 1 -> 75+个
气温 -20°C -> 30°C 浪高 平静水面-> 30 米浪高 (100年重现期)
2
1 3
全球主要建造FPSO企业
为了解决环境污染问题,提高 FPSO 系 统 的 环 保 性 能 , 世 界 上 出 现 了 LPGFPSO( 浮 式 液 化 石 油 气 生 产储卸船)新概念船;如日本石川岛 播磨重工正在建造世界上第一艘 LPGFPSO,一家瑞士公司已和日本 三井重工及石川岛播磨重工签订了 该船单点系泊技术、采购及建造服 务合约。另外,近海油气工业界也 在不断进行探索,试图把油气钻井 设 备 并 入 FPSO , 变 为 FDPSO 。 业 内专家分析认为,随着世界各国石 油需求量的快速增长,新一代 FPSO技术将不断涌现。
应用波数与波长之间的关系可以得到
kct = 2πct/L= 2πt/T
kc= 2π/T=w
可得
Y(x,t) = Acos(hx -wt))式表示的是三维的时间一空间波面方程
线性波理论
基本假设 91)与波长入和水深d相比,波高H为小量; (2)海底平坦且水深均镇即水深d常量 ;(3)海水无黏、无旋且不可压缩; (4)海水的表面张力可以忽略 ;(5)大气压力p。均匀分布。
油气处理系统
主要是采油和储油设备, 以及油、气、水分离设备 等。
储油与外输系统
包括卷缆绞车、软管卷车等, 用于连接和固定穿梭油轮,并 将FPSO储存的原油卸入穿梭油 轮。其作业原理是通过海底输 油管线把从海底开采出的原油 传输到FPSO的船上进行处理, 然后将处理后的原油储存在货 油舱内,最后通过卸载系统输 往穿梭油轮。
线性波速度势
从线性波假设可得到波幅为小量,可忽略自由面的非线性 因素并假设波高H足够小
使用分离变量法并结合色散关系式w*w=gktanhkd 求 得有限水深的速度势
中=(gH/2w)*(coshk(z+d)/coshkd)*sin(kx-wt) 可求得流速,位移,动压等
边界条件:海底边界条件, 海底边界法向速度=0
发展历程
1977-1985:1977年, 壳牌将一艘油轮改装成世 界上第一艘FPSO,并用于 地中海卡斯特伦 (Castellon)油田的开发。
1986-1994:8年间总共 布置了20艘FPSO,这种 开发理念得到了更广范围 的认可和应用。
到现在
1995-今:FPSO在海上油 田更大范围应用。截至 2011年12月1日,全球已 有187艘FPSO投入运营。
自由边界条件 自由表面流体质点必须在自由表面上
远方辐射条件 无穷远处波浪只能外传
为何能用线性波计算载荷
海洋中的波浪为随机波,我们可以测出其中 波高最高的波因为波浪能量与波高成正比
E=Kh 将这个波扩展为线性波进行载荷分析 同时避开共振
浪载荷
计算方法
海洋工程浮体设计波浪载荷的计算方法基本上可以分为两 种:设计波法 和设计谱法[15”。设计波法是以50年或 100年一遇的规则波作为设计波,然 后计算作用在浮体上 的使用载荷和环境载荷以及在这些载荷作用下的构件应 力, 进雨根据规范的强度衡准校核浮体的结构安全性。由于不 同的波浪方向, 不同的波浪周期以及不同的波峰与浮体的 相对位置,波浪对浮体的作用力有 很大的差异,因次在设 计波算法中,除选定50年一遇或100年一遇的最大波高外, 一般要选取若干个对浮体结构有不利影响的波浪周期和若 干个浪向角进行波浪载荷计算。设计谱法则考虑了实际海 浪的随机性、不规则性。
S——结构物的迎风面积 CD——阻力系数
持续风速
持续风速通常定义为高于海洋静水面10米处的测试位置上1分钟以内的平均 风速。设计过程中,通常取为 50年或100年一遇的极限风载荷。由于海水表 面存在粘性,超出静水面的风速随着测试位置高度的变化而发生变化,超出 静水水面高度Z的持续风速与超出静水水面10米高度持续风速的关系表达式 如下
行业现状
1、具有油气处理及原油储存功能的船或驳船。 2、具有油气处理、储卸油装置的浮式生产系统。也称浮式生产储卸油装置, 英文:floating production storage offloading;FPSO 海上浮式生产储油船(FPSO)集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一 体。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。海上浮式生产储油船 俨然一座“海上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的 原油或天然气,成品原油储存在货油舱,到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油 轮。 FPSO是在海洋石油天然气工业中使用的浮式生产储油卸油装置,其原理是将 临近采油平台或模块开采的海底原油进行油气水处理后注入货舱临时储存,再由穿 梭油轮或管道运走。 FPSO作为一种海上生产设施,通常为船型,集海上油气处理、储存、外输、 生活和动力于一体,长期系泊于固定海域。 FPSO系统主要由海底系统、系泊定位系统、船体系统、油气处理系统、储油 鱼外输系统、生活系统、动力系统、消防监控系统等大系统组成,涵盖了数十个子 系统。作为集油气生产、储存及外输功能于一身的FPSO具有高风险、高技术、高 附加值、高投入、高回报的综合性海洋工程特点。FPSO具有抗风浪能力强、适应 水深范围广、储/卸油能力大及可以转移、重复使用等优点,广泛适合于远离海岸 的深海、浅海海域及边际油田的开发。
优缺点对比
优点:
经济性:较低的船体和改造费用可以提供最 经济的开发方案;
移动性:从建造场地转到作业区域、很容 易从一个油田重新部署到另一个油田。
对水深不敏感,适用水深30米~3000米; 储存能力:允许通过穿梭油轮输出,可以 不依赖于管道; 宽阔的甲板面积和装载能力。
缺点
需要额外的船用设备和人员,使操作费用相对较高; 缺少钻井能力:带钻井的转塔锚固解决方案虽然在概
拖曳力是迎风面受到的风阻力
FD=CDρV2A*0.5
CD——阻力系数 A——受风面在垂直风向上的投影面积,m2
横向力对水平构件表现为升力
FL=CLρV2A*0.5 FL——绕流升力,N
CL——升力系数
海流是指海水在水平或垂直方向上作大规 模的运动。流载荷作用在FPSO上,会使其 做360度转动(因为FPSO船头栓在系泊塔 架上)和上下抖动。海流的速度是由潮汐 流和风海流叠加:
流载荷
流载荷作用在FPSO上所产生的拖曳力为: F=1/2ρ流U2流SCD ρ流-----流密度,Kg/m3 U流-----流速,m/s S------迎流面积,m2 CD------拖曳力系数
流载荷作用在FPSO上所产生的升力为: FL=1/2ρ流U2流S,CL ρ流-----流密度,Kg/m3 U流-----流速,m/s S,------FPSO在平行于流速方向上的投影面积,m2 CL------升力系数
(UZ)GUST=(U)GUST(Z/10)0.100
当相邻海洋结构物之间的
距离大于或等于9倍直径时,
则不需要考虑相邻结构物
的干涉效应。 若小于:F=ρaUw2SCDβ*0.5 0<β <1
β ——干涉系数
作用在其上的分载荷可分解为与风向一致的拖曳力与垂直风向的横向力。前者可近似看做是平均风
场对结构物的静力作用,后者则是由涡流场变化引起的动态作用力。 FD——拖曳力,N
作为在海洋结构物上的波浪载荷通常可分为三类:拖曳力,惯性力和辐射力 三种力所占比重与结构的类型、尺寸、波浪特性有关 拖曳力是由流体速度引起的流动分离所产生 惯性力是由流体加速度引起的流场压力梯度所产生 辐射力是由存在的结构引起流产发生辐射所产生
根据结构尺寸、入射波的波高和入射波的波长之间的关系,海洋结构物计算可以分为很多种不同方法 综合可写做两个比例形式:结构物直径与波长比D/L和波高与结构物直径比H/D、、 也可采用另一个参数KC KC=UmT/D Um 波浪引起的震荡来流中的最大水平速度,m/s T 波浪周期
波浪的基本方程及边界条件:波幅为A,波长为L,假设t=0时波面方
源自文库
程为
Y(t=0)=Acoskx
k为波数
假设波浪沿x轴正向传播,且传播速度为c,那么在任意时刻t、任意位
置x处的波面方程
可表示为 :
Y(x,t) = Acosk(x - ct)
令x=0可以得到x=0这个特定点随时间的变化关系,可表示为
Y(x=0) = Acos( - kct) = Acoshct
组成
系泊定位系统
主要将FPSO系泊于作业油田。FPSO在海域作业时系泊 系统多采用一个或多个锚点、一根或多根立管、一个浮 式或固定式浮筒、一座转塔或骨架。FPSO系泊方式有永 久系泊和可解脱式系泊两种。
船体系统
既可以按特定要求新建,也可以用 油轮或驳船改装。
海底系统
其由基座、水下卧式采油树、海 底管汇、液压井控、立管等组成。
浪载荷分析
背景,FPSO处于非常的特殊环境中,其中每时每刻都受到波浪的作 用。波浪与FPSO直接接触,波浪载荷是平台最复杂,最难分析的部 分。但在对平台的作用中占主导地位,如何计算载荷成为当下热门 的的难题。这里只是初步介绍分析载荷分析,因为只是我们现在的 知识还撑不起这个问题的答案
浪载荷
波浪的确定描述
u=ut(z)+uw(z)=(1+z/d)1/7ut(0)+(1+z/d)uw(0) ut(z)---潮汐所产生的流分量,m/s d----海水的深度,m/s ut(0)---海面上由潮汐产生的流速,m/s uw(z)-----风产生的流分量,m/s uw(0)-----海面上由风产生的流速,m/s
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