CN104359700A - 一种fpso原油外输系统耦合特性试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，包括以下步骤：1)确定缩尺比以及截断因子γ；2)建立垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的截断水深下的等效截断模型以及水平方向输油管的截断水深下的等效截断模型；3)根据步骤2)所建立的等效截断系统和步骤1)中所确定的缩尺比，制作各装置的物理模型；4)在所选择环境工况下，对步骤2)中确定的等效截断系统进行分析，并获取FPSO在输油管处的运动时历信息，并将该信息根据缩尺比等效成水池试验条件下的运动时历信息，并将该信息传递给运动控制机构；5)按照步骤1)中确定的缩尺比，将步骤4)中选择的环境工况等效成水池试验条件下的环境工况，用步骤4)确定的运动控制机构替代FPSO与步骤3)中确定的物理模型连接组成本试验的试验装置，在试验水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验。

Description

一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验方法，特别是关于一种FPSO(Floating Production Storageand Offloading System，浮式储油卸油装置)原油外输系统耦合特性试验方法。

背景技术

由FPSO、输油管、CALM(CALM Buoy，系泊浮筒)和穿梭油轮组成的原油外输系统在实际生产中得到了广泛的应用，它主要的作用是将FPSO的原油通过输油管输送给CALM，再由CALM传送到穿梭油轮上(如图1所示)。CALM和FPSO的距离通常在2000米以上，再加上各自的系泊系统导致整个系统的水平跨距极大，在常规海洋工程水池对整个系统进行耦合特性试验时具有极大的难度。因此必须对整个系统进行水平方向和垂直方向上的等效截断。

目前国内外对于管道深水截断方法研究主要集中在立管垂直方向上的等效截断，对于类似输油管水平方向上的大尺度等效截断目前还没有较为明确的方法。第25届ITTC海洋工程委员会讨论并提出了模型在水平方向和垂直方向上的等效截断原则，但是并未给出水平方向上管线的具体截断方法。王宏伟等在《哈尔滨工程大学学报》2012年第12期上发表论文提出了钢悬链线立管等效截断方法，该方法主要基于系泊系统的等效截断方法，主要目的为保持立管的静态特性不变,并且悬链线形式的钢悬链立管和悬浮在水中的输油管具有不同的形态特征，所以该方法在此并不适用。

此外，原油外输系统的耦合特性水池试验涉及到FPSO、CALM和穿梭油轮等多个浮体，若想同时进行FPSO和CALM、穿梭油轮等结构物的耦合特性试验必然存在着两个问题：1、FPSO和CALM主尺度上的差异，FPSO长度约为300米，最佳缩尺比在1：70-1:90之间；而CALM主尺度约为20米，最佳缩尺比在1：30-1：50之间。若以CALM为基准选择大的缩尺比，则FPSO的物理模型尺寸过大，模型加工和进行试验都极为不便。若以FPSO为基准选择较小的缩尺比，则CALM的模型尺寸过小，模型加工的精度难以控制，而且在水池试验中的过小的物理模型会导致粘性效应过大而影响准确度。2、系统水平跨距过大，在水池中进行多工况的模型试验，则需要综合考虑合理的布置整个系统：FPSO的系泊系统跨距加上输油管的跨距再加上CALM系泊系统的水平跨距，需要很大的空间来布置，常规的海洋工程水池很难实现。

针对上述两个问题，进行了相关技术的文献检索，发现目前已经进行的类似研究，例如上海交通大学进行了FPSO和CALM外输系统的试验研究，主要采用了将多浮体分开研究的方法，采用不同的缩尺比分别进行FPSO和CALM的试验，而且没有考虑输油管的动态效应以及输油管和浮体之间的耦合特性。又比如荷兰的Marin水池在2001年进行的外输浮筒耦合试验中并未考虑FPSO的影响，仅仅是将输油管固定在池壁上。而Michael O’Sullivan(人名)在论文《West of Africa CALM Buoy Offloading Systems》中针对西非海域的外输系统进行研究，认为整个外输系统是一个动态耦合的整体，FPSO、输油管和CALM以及系泊系统间相互影响。但是由于受限于水池设备的限制，目前国内对于大跨距多浮体耦合特性的试验研究还处于基本空白阶段。但是在实际生产中浮体和输油管的耦合作用会导致输油管以及系泊系统的疲劳损伤，这在外输系统的设计中是一个极为重要的问题。

目前情况下，水池试验往往被海洋工程界认为是比数值模拟更为准确可靠的方法，所以如何将输油管进行水平方向上的等效截断，如何保证整个外输系统在常规海洋工程水池中的布置，从而实现原油外输系统多浮体耦合特性试验是一个很有价值的研究课题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在常规的海洋工程水池中就能进行大跨距、多浮体的深海外输系统耦合特性试验的FPSO原油外输系统耦合特性试验方法。

为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，包括以下步骤：1)确定缩尺比λ以及截断因子γ；2)建立FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断模型，该等效截断模型包括垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型和水平方向输油管的等效截断模型；3)根据步骤2)所建立的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统和步骤1)中所确定的缩尺比λ，制作系泊浮筒、系泊系统、输油管以及穿梭油轮的物理模型；4)在等效截断系统下模拟FPSO对输油管的作用：选择环境工况，在该环境工况下，对步骤2)中确定的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统进行分析，获取FPSO在输油管处的运动时历信息，并将该运动时历信息根据缩尺比λ等效成水池试验条件下的运动时历信息，并该水池试验条件下的运动时历信息传递给一运动控制机构；5)在水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验：首先，按照步骤1)中确定的缩尺比λ，将步骤4)中选择的环境工况等效成水池试验条件下的环境工况。然后，用步骤4)确定的运动控制机构替代FPSO与步骤3)中确定的物理模型连接组成本试验的试验装置。最后，在试验水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验。

所述步骤1)中，截断因子γ的计算方法如下：

$\mathrm{\γ}=\frac{H_t}{H_f}$

上式中，H_t为水池能够模拟的截断水深；H_f为FPSO原油外输系统工作的实际水深。

所述步骤2)中，水平方向输油管的等效截断方法如下：①对全水深下输油管的各段分别进行截断，截断后各部分长度分别为：

L1＝L_left*γ

L2＝L_right*γ

L3＝L_mid*γ

上式中，L_left为全水深下输油管左段的长度；L_right为全水深下输油管右段的长度；L_mid为全水深下输油管位于中间部分的带浮力材料的输油管的长度；L1为截断后全水深下输油管左段的长度；L2为截断后全水深下输油管右段的长度；L3为截断后带浮力材料输油管的长度；②采用长度等于L3的钢缆代替带浮力材料的输油管，并在钢缆两端分别设置一重块，两重块的重量的确定方法如下：

$M1=T1*\cos \mathrm{\α}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L1-\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

$M2=T2*\cos \mathrm{\β}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

上式中，M1为钢缆与输油管左段连接处重块的重量，M2为钢缆与输油管右段连接处重块的重量；T1为输油管作用在FPSO上的预张力，T2为输油管作用在系泊浮筒上的预张力；ρ_ool为输油管单位长度的湿重，ρ_w为钢缆单位长度的湿重；α为输油管与FPSO的分离角；β为输油管与系泊浮筒的分离角；③确定FPSO与系泊浮筒之间的跨距L，L的计算方法如下：

L＝L1*sinα+L2*sinβ+L3

上式中，截断水深下初始平衡位置分离角α和β与全水深下的分离角α和β相等；④进行输油管静态响应特性的等效拟合：首先，保持输油管与FPSO相连的输油管一端不动并移动与系泊浮筒相连的输油管一端，将两端输油管静态下顶部的位移-顶部张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并通过调整参数使得二者保持静态等效；然后，保持输油管与系泊浮筒相连的输油管一端不动并移动与FPSO相连的输油管一端，再次将两端输油管静态下的顶部位移-张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并通过调整参数使得二者保持静态等效；⑤进行考虑耦合效应的输油管动态响应特性的等效拟合：在输油管静态响应特性等效的基础上，在输油管的两端顶部分别施加不同频率下的外部激励，得到顶部动张力随频率变化的运动响应幅度算子曲线，调整两端输油管的直径和质量，使得截断前后的输油管动态张力特性保持一致。

所述步骤4)中所采用的运动控制机构包括计算机控制器、伺服电机和机械传动机构；计算机控制器根据其获取的等效后的水池试验条件下的运动时历信息控制伺服电机，伺服电机带动机械传动机构进行运动，从而模拟FPSO对输油管的作用力。

在所述步骤②中，钢缆的长度可调节。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过将FPSO原油外输系统的输油管等效为输油管、重块和钢缆的组合形式，解决了大跨距外输系统耦合特性试验中的水池空间不足的技术问题，使得FPSO原油外输系统的耦合特性模型试验能够在常规海洋工程水池施行，并且试验模型便于制作和布置。2、本发明通过采用数值模拟和试验装置结合的方法来模拟FPSO对输油管的作用，解决了多浮体的外输系统耦合特性试验中缩尺比难以统一的问题，使得多浮体外输系统的耦合特性试验能够根据试验水池的具体尺寸和试验要求，并使用同一个缩尺比合理设计外输系统的试验模型。3、本发明采用输油管、重块和钢缆等效输油管以及通过运动控制装置等效大型浮体，使得本发明不但结构简单，而且适用性很强，可以根据试验水池的具体尺寸和试验要求合理设计外输系统试验模型。本发明可以广泛应用于大跨距、多浮体的耦合特性试验当中。

附图说明

图1是全水深下FPSO原油外输系统的示意图；

图2是本发明输油管截断水深下截断模型示意图；

图3是本发明试验水池中的布置示意图；

图4是本发明截断前后输油管A、B两端的静态及动态张力特性曲线对比示意图；

其中，图4(a)为输油管A、B两端顶部张力-位移曲线对比；图4(b)为输油管A、B两端水平静张力-位移曲线对比；图4(c)为输油管A端动张力特性曲线对比；图4(d)为输油管B端动张力特性曲线对比；

图5是本发明截断水深下FPSO在输油管处的运动时历信息示意图；

其中，图5(a)为X方向上的运动时历信息；图5(b)为Y方向上的运动时历信息；图5(c)为Z方向上的运动时历信息；

图6是本发明水池试验条件下FPSO在输油管处的运动时历信息示意图；

其中，图6(a)为X方向上的运动时历信息；图6(b)为Y方向上的运动时历信息；图6(c)为Z方向上的运动时历信息。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提出了一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，其包括以下步骤：

1)选择试验的缩尺比λ，确定截断因子γ

根据试验水池的实际条件和FPSO原油外输系统工作的实际水深(即：全水深H_f)，选择合适的缩尺比λ，缩尺比λ的选择为本领域的常规技术，故不予赘述；

截断因子γ的计算方法如下：

$\mathrm{\γ}=\frac{H_t}{H_f}$

上式中，H_t为水池能够模拟的截断水深，H_f为FPSO原油外输系统工作的实际水深，也称全水深。

2)建立FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断模型(如图2所示)，该等效截断模型包括垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型和水平方向输油管的等效截断模型。其中，垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型的建立方法属于现有技术，不予赘述；水平方向输油管的等效截断模型建立方法如下：

①对全水深下输油管的各段分别进行截断，截断后各部分长度分别为：

L1＝L_left*γ

L2＝L_right*γ

L3＝L_mid*γ

上式中，L_left为全水深下输油管左段的长度；L_right为全水深下输油管右段的长度；L_mid为全水深下输油管中间段(此段为带浮力材料的输油管)的长度；L1为截断后全水深下输油管左段的长度；L2为截断后全水深下输油管右段的长度；L3为截断后带浮力材料的输油管的长度。

②采用长度等于L3的钢缆代替带浮力材料的输油管，并在钢缆两端分别设置一重块，两重块的重量的确定方法如下：

$M1=T1*\cos \mathrm{\α}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L1-\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

$M2=T2*\cos \mathrm{\β}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

上式中，M1为钢缆与输油管左段连接处重块的重量，M2为钢缆与输油管右段连接处重块的重量；T1为输油管作用在FPSO上的预张力，T2为输油管作用在CALM上的预张力；ρ_ool为输油管单位长度的湿重，ρ_w为钢缆单位长度的湿重；α为输油管与FPSO的分离角；β为输油管与CALM的分离角；其中，截断水深中的T1和T2，α和β与全水深模型中的T1和T2，α和β相等。

③确定FPSO与CALM之间的跨距L

L的计算方法如下：

L＝L1*sinα+L2*sinβ+L3

上式的计算过程中，需要保证在截断水深下初始平衡位置分离角α和β与全水深下的分离角α和β相等。

此外，考虑到输油管的浮力以及输油管在实际生产、试验中会产生一定曲率致使分离角α和β产生变化，所以，将钢缆制作成长度可以调节的形式，在具体使用时可以通过调节钢缆的长度来抵消分离角α和β产生的变化。

④进行输油管静态响应特性的等效拟合

首先，保持输油管与FPSO相连的输油管一端(图2中A端)不动并移动与CALM相连的输油管一端(图2中B端)，将两端输油管静态下顶部的位移-顶部张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并适当调整相关参数，使得二者保持静态等效。然后，反过来保持输油管与CALM相连的输油管一端不动并移动与FPSO相连的输油管一端，再次将两端输油管静态下的顶部位移-张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并适当调整相关参数，使得二者保持静态等效。通过本步骤确保截断前后输油管静态张力的等效。

⑤进行考虑耦合效应的输油管动态响应特性的等效拟合

在输油管静态响应特性等效的基础上，在输油管的两端顶部分别施加不同频率下的外部激励，得到顶部动张力随频率变化的运动响应幅度算子(Response AmplitudeOperator,简称RAO)曲线，调整两端输油管的直径和质量(保持其湿重不变)，使得截断前后的输油管动态张力特性保持一致。

上述水平方向输油管的效截断模型建立方法主要解决了如下的两个技术问题：在常规海洋工程水池试验中根据水池的跨距和水深进行等效截断后，如果想要准确的模拟输油管的运动和受力，则存在技术问题一：等效截断输油管采用哪种布置形式的技术问题。如果继续保持全水深的构型，则靠近FPSO和CALM部分的输油管难以与全水深保持一致，导致静态特性难以保持一致，而且中间部分的弯矩会很大，在模型的制作和布置上比较困难。技术问题二：输油管采用哪种截断方法的技术问题，即截断输油管的材料和构成问题。如果完全采用截断前的材料，那么大尺度的截断会导致输油管顶部张力不足或者外径过大。

上述水平方向输油管的等效截断模型建立方法的设计思路在于：尽量保证截断前后输油管顶部张角和各个方向上的分力一致，所以，截断后两端的输油管选择和全水深相同的输油管。但是，由于截断的影响，输油管作用在FPSO和CALM上的预张力必然远小于实际值。因此，采取的补救措施为：在截断后的输油管的底部连接合适重量的重块，重块之间通过钢缆进行连接。

3)制作水池试验物理模型

根据步骤2)所建立的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统和步骤1)中所确定的缩尺比λ，制作CALM、系泊系统、输油管以及穿梭油轮的物理模型。该步骤为现有技术，故不再赘述。

4)在等效截断系统下模拟FPSO对输油管的作用

选择环境工况，在该环境工况下，采用可靠的时域分析软件对步骤2)中确定的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统进行分析，并记录FPSO在输油管处的运动时历信息，将该运动时历信息按照步骤1)中确定的缩尺比λ等效成水池试验条件下的运动时历信息，并将水池试验条件下的运动时历信息传递给运动控制机构。

采用上述方法主要是由于，在FPSO和CALM对输油管的耦合特性试验中，FPSO和CALM主尺度上的差异过大，造成FPSO和CALM难以采用相同的缩尺比λ将两者同时布置在水池中进行试验，为了解决这一技术问题，首先，在等效截断系统下模拟FPSO对输油管的作用，并记录FPSO在输油管处的运动时历信息，然后，将该运动时历信息等效成水池试验条件下的运动时历信息，最后，将该等效后的水池试验条件下的运动时历信息传输给运动控制机构。在水池试验中采用运动控制机构替代FPSO与输油管连接。由于运动控制机构中记录有等效后的FPSO在输油管处的运动时历信息，所以，运动控制机构能够模拟FPSO对输油管的作用，且有效解决了FPSO和CALM难以采用相同的缩尺比λ将两者同时布置在水池中进行试验的技术问题。

运动控制机构包括计算机控制器、伺服电机以及机械传动机构。等效后的水池试验条件下的FPSO在输油管处的运动时历信息首先传递给运动控制机构中的计算机控制器，然后计算机控制器输出相应的信号给伺服电机，通过伺服电机带动机械传动机构，由机械传动机构向输油管施加等效后的水池试验条件下的FPSO对输油管的作用力。

这样做的依据之一在于FPSO的排水量极大，受输油管的影响较小。此外综合考虑整个系统，CALM与输油管的耦合作用要远远大于FPSO与输油管的耦合作用。数值模拟的结果显示，FPSO和输油管的相互作用更多是FPSO单方面的，输油管对于FPSO的作用仅仅是增加了一定的阻尼效应。

5)在水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验(试验装置的布置如图3所示)。

首先，按照步骤1)中确定的缩尺比λ，将步骤4)中选择的环境工况等效成水池试验条件下的环境工况。然后，用步骤4)确定的运动控制机构替代FPSO与步骤3)中确定的物理模型连接组成本试验的试验装置。最后，在试验水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验。

下面以西非海域多点系泊FPSO和CALM外输系统在哈尔滨工程大学海洋工程水池进行多浮体耦合特性试验为例进行说明：

1)选择试验的缩尺比λ，确定截断因子γ

首先，以CALM为主选择缩尺比λ为1：40；其次，哈尔滨工程大学海洋工程水池能够模拟的截断水深为400米，目标海域水深，即，全水深为1500米，根据截断因子γ的计算方法：

$\mathrm{\γ}=\frac{H_t}{H_f}$

计算得出，截断因子γ为4/15。

2)建立FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断模型，该等效截断模型包括垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型和水平方向输油管的等效截断模型。其中，垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型的建立方法属于现有技术，不予赘述；水平方向输油管的等效截断模型建立方法如下：

①依据下式对全水深下输油管的各段分别进行截断：

L1＝L_left*γ

L2＝L_right*γ

L3＝L_mid*γ

其中，目标海域中的各段输油管参数如下表所示：

②采用长度等于L3的钢缆代替带浮力材料的输油管，并在钢缆两端分别设置一重块，根据下式计算两重块的重量：

$M1=T1*\cos \mathrm{\α}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L1-\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

$M2=T2*\cos \mathrm{\β}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

通过上述①和②两步骤最终得到等效截断输油管的参数以及重块的重量，具体如下表所示：

③确定FPSO与CALM之间的跨距L

L的计算方法如下：

L＝L1*sinα+L2*sinβ+L3

④进行输油管静态响应特性的等效拟合(如图4所示)

首先，保持输油管与FPSO相连的输油管一端(图2中A端)不动并移动与CALM相连的输油管一端(图2中B端)，将两端输油管静态下顶部的位移-顶部张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并适当调整相关参数，使得二者保持静态等效。然后，反过来保持输油管与CALM相连的输油管一端不动并移动与FPSO相连的输油管一端，再次将两端输油管静态下的顶部位移-张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并适当调整相关参数，使得二者保持静态等效。通过本步骤确保截断前后输油管静态张力的等效。

⑤进行考虑耦合效应的输油管动态响应特性的等效拟合(如图4所示)

在输油管静态响应特性等效的基础上，在输油管的两端顶部分别施加不同频率下的外部激励，得到顶部动张力随频率变化的运动响应幅度算子(Response AmplitudeOperator,简称RAO)曲线，调整两端输油管的直径和质量(保持其湿重不变)，使得截断前后的输油管动态张力特性保持一致。

3)制作水池试验物理模型

根据步骤2)所建立的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统和步骤1)中所确定的缩尺比λ，制作CALM、系泊系统、输油管以及穿梭油轮的物理模型。

4)在等效截断系统下模拟FPSO对输油管的作用

选择西非海域十年一遇的海况，在该海况下，采用数值分析软件Orcaflex对步骤2)中确定的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统进行分析，记录FPSO在输油管处的运动时历信息(如图5所示)，将该运动信息按照步骤1)中确定的缩尺比_λ等效成水池试验条件下的运动时历信息(如图6所示)，并将水池试验条件下的运动时历信息传递给运动控制机构。

5)在水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验

首先，按照步骤1)中确定的缩尺比λ，将步骤4)中选择的西非海域十年一遇的海况等效成水池试验条件下的环境工况。然后，用步骤4)确定的运动控制机构替代FPSO与步骤3)中确定的物理模型连接组成本试验的试验装置。最后，在试验水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，包括以下步骤：

1)确定缩尺比λ以及截断因子γ；

2)建立FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断模型，该等效截断模型包括垂直方向FPSO和CALM的系泊系统的等效截断模型和水平方向输油管的等效截断模型；

3)根据步骤2)所建立的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统和步骤1)中所确定的缩尺比λ，制作系泊浮筒、系泊系统、输油管以及穿梭油轮的物理模型；

4)在等效截断系统下模拟FPSO对输油管的作用：选择环境工况，在该环境工况下，对步骤2)中确定的FPSO原油外输系统截断水深下的等效截断系统进行分析，获取FPSO在输油管处的运动时历信息，并将该运动时历信息根据缩尺比λ等效成水池试验条件下的运动时历信息，并该水池试验条件下的运动时历信息传递给一运动控制机构；

5)在水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验：首先，按照步骤1)中确定的缩尺比λ，将步骤4)中选择的环境工况等效成水池试验条件下的环境工况；然后，用步骤4)确定的运动控制机构替代FPSO与步骤3)中确定的物理模型连接组成本试验的试验装置；最后，在试验水池中进行FPSO原油外输系统耦合特性试验。

2.如权利要求1所述的一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，其特征在于：所述步骤1)中，截断因子γ的计算方法如下：

$\mathrm{\γ}=\frac{H_t}{H_f}$

上式中，H_t为水池能够模拟的截断水深；H_f为FPSO原油外输系统工作的实际水深。

3.如权利要求2所述的一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，其特征在于：所述步骤2)中，水平方向输油管的等效截断方法如下：

①对全水深下输油管的各段分别进行截断，截断后各部分长度分别为：

L1＝L_left*γ

L2＝L_right*γ

L3＝L_mid*γ

上式中，L_left为全水深下输油管左段的长度；L_right为全水深下输油管右段的长度；L_mid为全水深下输油管位于中间部分的带浮力材料的输油管的长度；L1为截断后全水深下输油管左段的长度；L2为截断后全水深下输油管右段的长度；L3为截断后带浮力材料输油管的长度；

②采用长度等于L3的钢缆代替带浮力材料的输油管，并在钢缆两端分别设置一重块，两重块的重量的确定方法如下：

$M1=T1*\cos \mathrm{\α}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L1-\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

$M2=T2*\cos \mathrm{\β}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ool}}*L2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{oo}1}\frac{1}{2}*{\mathrm{\ρ}}_w*L3$

上式中，M1为钢缆与输油管左段连接处重块的重量，M2为钢缆与输油管右段连接处重块的重量；T1为输油管作用在FPSO上的预张力，T2为输油管作用在系泊浮筒上的预张力；ρ_ool为输油管单位长度的湿重，ρ_w为钢缆单位长度的湿重；α为输油管与FPSO的分离角；β为输油管与系泊浮筒的分离角；

③确定FPSO与系泊浮筒之间的跨距L

L的计算方法如下：

L＝L1*sinα+L2*sinβ+L3

上式中，截断水深下初始平衡位置分离角α和β与全水深下的分离角α和β相等；

④进行输油管静态响应特性的等效拟合

首先，保持输油管与FPSO相连的输油管一端不动并移动与系泊浮筒相连的输油管一端，将两端输油管静态下顶部的位移-顶部张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并通过调整参数使得二者保持静态等效；然后，保持输油管与系泊浮筒相连的输油管一端不动并移动与FPSO相连的输油管一端，再次将两端输油管静态下的顶部位移-张力曲线和位移-水平回复力曲线与全水深进行对比，并通过调整参数使得二者保持静态等效；

⑤进行考虑耦合效应的输油管动态响应特性的等效拟合

在输油管静态响应特性等效的基础上，在输油管的两端顶部分别施加不同频率下的外部激励，得到顶部动张力随频率变化的运动响应幅度算子曲线，调整两端输油管的直径和质量，使得截断前后的输油管动态张力特性保持一致。

4.如权利要求1所述的一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，其特征在于：所述步骤4)中所采用的运动控制机构包括计算机控制器、伺服电机和机械传动机构；计算机控制器根据其获取的等效后的水池试验条件下的运动时历信息控制伺服电机，伺服电机带动机械传动机构进行运动，从而模拟FPSO对输油管的作用力。

5.如权利要求3所述的一种FPSO原油外输系统耦合特性试验方法，其特征在于：在所述步骤②中，钢缆的长度可调节。