圆筒型FPSO张紧式系泊系统安全性能评估
摘要
浮式生产储油船（FPSO）作为我国南海海域集海洋石油生产、储存、处理、卸载等
功能的重要石油开采平台，配备了张紧式系泊系统的圆筒型FPSO相比配备单点系统的
船型FPSO可大幅降低海洋石油开采投入成本，但在设计过程中，如何对圆筒型FPSO
的运动特性进行快速分析以及对拥有非线性刚度的张紧式系泊系统进行准确的时域分
析，从而确保其在极端工况下的最大偏移量及最大系泊张力在安全范围内，此问题仍待
解决。本文基于三维势流理论，考虑聚酯纤维缆的动态刚度特性，对圆筒型FPSO运动
特性及张紧式系泊系统聚酯纤维缆成分的动态刚度问题进行研究，实现极端工况下平台
最大偏移量及最大系泊张力的快速分析。
针对南海海域环境，选取某中等水深环境下的圆筒型FPSO及其张紧式系泊系统为
研究对象，对张紧式系泊系统的设计分析方法进行研究：基于三维势流理论对圆筒型
FPSO进行水动力计算分析，通过与圆筒型FPSO水池试验结果的对比，验证圆筒型FPSO
模型的准确性；在验证模型准确性的基础上，对圆筒型FPSO及其张紧式系泊系统依次
选取上下边界刚度模型及静-动刚度模型进行百年一遇海况下的时域计算，基于计算结
果对比两种刚度模型的最大系泊张力、最大偏移量及两种模型在计算效率和计算精度上
的差异；对两种张紧式系泊系统模型的计算结果进行对比，并基于两者计算结果趋势上
的一致性以及计算精度和计算效率上的差异性；提出一种改进的张紧式系泊系统分析方
法，并对圆筒型FPSO的张紧式系泊系统的浮筒大小进行改善，结果表明改善后的张紧
式系泊系统分析方法可以在保证计算效率的前提下提高计算的准确性。
对中国海洋石油有限公司在南海海域圆筒型FPSO运动特性及张紧式系泊系统分析
方法的研究，可以一定程度上实现工程中对圆筒型平台的水动力快速分析，对于不同张
紧式系泊系统方案在全海况下的安全性验证提供分析精度高、计算时间短的分析方法，
为圆筒型平台及其张紧式系泊系统方案的初步设计与方案改善节省计算时间，对于南海
海域边际油田油气开发具有一定的参考价值。
关键词：圆筒型FPSO；张紧式系泊系统；上下边界刚度模型；静-动刚度模型
哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文
ABSTRACT
FloatingProductionStorageandOffloading(FPSO)isanimportantoilextractionplatform
intheSouthChinaSeaforoffshoreoilproduction,storage,handlingandoffloading.However,
duringthedesignprocess,theproblemremainstobesolvedastohowtoperformanaccurate
timedomainanalysisofthetensionedmooringsystemwithnonlinearstiffnesstoensurethat
themaximumdeflectionandthemaximummooringtensionarewithinthesaferangeunder
extremeoperatingconditions.Thispaperinvestigatesthedynamicstiffnessofthepolyester
cablecomponentofthecylindricalFPSOandthetensionedmooringsystembasedonthethree-
dimensionalpotentialflowtheoryandthedynamicstiffnessofthepolyestercable,andachieves
arapidanalysisofthemaximumplatformdeflectionandmooringtensionunderextreme