锦州9-3油田WHPC平台冰激振动数值模拟

针对锦州9-3油田WHPC平台导管架和组块的工程设计,进行冰激振动分析,包括平台自振特性、平台甲板冰激振动响应以及强度校核,根据不同的甲板位置进行人员舒适度检验,以期为渤海浅水重冰区类似平台结构的抗冰设计提供借鉴和参考。     

我国海上导管架平台抗冰锥体的设计实践

冰激振动是渤海重冰区导管架平台的主要危害.渤海重冰区导管架平台在腿柱上安装了抗冰锥体,基本解决了平台冰激振动问题.主要阐述了抗冰锥体的基本抗冰原理和设计方法,分析了渤海典型导管架平台抗冰锥体的设计实践,对渤海重冰区导管架平台和抗冰锥体的设计提出了建议.     

海上测风塔结构冰振响应分析

为明确海冰作用下高耸结构的冰振响应问题,以渤海冰区海域某海上测风塔为例,对比测风塔与渤海导管架平台的动力特性,确立测风塔的冰载荷模型。基于ANSYS软件对测风塔结构在不同冰况下的抗冰性能进行分析,结果表明,冰激稳态振动下,结构的动力放大系数可达6.7;极端工况下,结构上部的振动加速度响应可达2.64g,远大于结构的抗震设防烈度(0.2g)。冰激稳态振动发生时,工作甲板法兰连接处振动加速度显著并且持续时间较长,可能造成法兰松动。该测风塔结构对抗冰性能考虑不足,应采取适当措施避免冰激稳态振动的发生。     

渤海导管架平台的破冰锥体设计

主要阐述了渤海辽东湾重冰区海域锦州21-1 BOP和锦州9-3E WHPA平台导管架破冰锥体的设计实践,并对渤海重冰区平台导管架破冰锥体的设计提出了建议.     

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题.对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容.本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究.首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响.研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考.     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计II-算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等.最后.以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计.结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理.     

冰区海洋平台结构整体抗力及极值响应的概率统计特性

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全。文章以渤海辽东湾导管架海洋平台为例,考虑了海洋平台结构抗冰设计的各种不确定性;基于Pushover方法,得到了海洋平台结构的简化力学模型,分析了极值冰荷载下海洋平台结构整体抗力以及极值响应;并且采用K-S检验法,对结构整体抗力及极值冰力响应的概率统计特性进行了分析。结果表明,简化的海洋平台分析模型合理,并且结构抗力参数服从正态分布;而极值冰力下,结构顶点最大位移服从对数正态分布。以上结论可为研究冰区海洋平台整体安全可靠性分析提供参考。     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计Ⅱ—算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等。最后,以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计。结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理。     

导管架平台隔水套管区域流场数值模拟分析

考虑到局部流场是控制和决定流冰在隔水套管区内运动形态的关键因素,使用FLUENT软件,对渤海浅水重冰区某导管架平台的隔水套管区内的流场进行数值模拟,统计可能发生碎冰滞留的区域分布比例,并根据不同入流方向进行评估,结果表明,隔水套管区内局部流场的滞留效应是导致碎冰堆积的主要诱因。     

海洋导管架平台抗冰振措施探讨

冰荷载对海洋结构物的威胁除了高荷载值外,更在于它显著的动力效应.冰激振动已引起多起灾难性的海工结构破坏事故.本文针对渤海海冰条件和结构条件,提出了一种简易的海洋平台抗冰振措施,即在平台导管架桩腿上设置弹性橡胶减振护层,用于改变冰载荷的动力特性.计算中将橡胶减振护层假设为附加在主体结构上的"弹簧-阻尼"子系统,子系统的刚度通过实体模型经ANSYS程序计算后得到.冰力曲线取概化后的锯齿状冰力时程曲线,以此冰力时程曲线用ANSYS程序对JZ20-2平台进行动力分析,得到设置橡胶减振护层前、后平台上层甲板不同的振动参数.经比较,得出设置橡胶减振护层后的减振效果,证明此法是一种简易、可行、经济的减振措施.     

“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析

国内有多艘大型软刚臂系泊FPSO在浅水服役,或多或少均存在一定故障,因此浅水FPSO水动力性能和安全问题受到广泛重视。"海洋石油112"号FPSO软刚臂单点系泊系统位于渤海浅水水域。文中对该单点系泊系统进行了系泊分析数值模拟,并与水池试验结果进行对比,验证三维动力响应数值模拟在浅水中应用的准确性。     

渤海单立柱桶型基础平台冰振分析

桶形基础平台是一种新型的海洋结构,由于目前对该结构的研究集中在桶基失效及承载力方面,其抗冰振性能还很模糊。文章基于对渤海单立柱式桶基平台的多年现场监测,发现其冰振加速度响应显著,明显高于导管架平台结构。利用谱分析方法对一实际桶基平台进行了冰振疲劳寿命分析,计算结果表明,关键点疲劳寿命符合规范要求。最后,提出此类结构冰振抑制策略,为其结构抗冰设计提供依据。     

冰激自升式钻井平台的动力响应分析

由于冰荷载研究的限制,冰区自升式钻井平台尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。为了合理地开展自升式平台结构的抗冰概念设计与安全评价研究,冰荷载下自升式钻井平台的动力响应分析是十分必要的。该文首先分析该类柔性结构在动冰荷载下的动力特性;其次,结合开展的自升式平台冰荷载模型实验研究,明确带齿条桩腿的自升式平台冰荷载作用形式;最后,对渤海某自升式钻井平台在典型冰况下进行冰振动力响应分析。文中的研究对冰区自升式钻井平台抗冰设计及冰振安全评估提供了合理的参考。     

导管架平台冰致疲劳分析

针对冰区导管架平台存在的疲劳问题,提出冰致疲劳时域分析流程。以某浮拖式导管架平台为研究对象,基于我国辽东湾海冰参数的概率分布情况,划分得到24个疲劳子工况,考虑作用于平台桩腿锥体和井口区隔水导管群上的动冰载荷,采用ANSYS参数化设计语言编制该平台的冰激强迫振动分析程序,对其进行各疲劳子工况下的动力时域分析。基于雨流计数法计算该平台泥面以上42个管节点的等效应力幅值和循环次数,进而由S-N曲线和Minor线性累计损伤法则得到其冰致疲劳损伤和疲劳寿命。研究结果表明:平台构件的疲劳寿命最短为78.9 a,能满足设计的服役年限的要求;导管架疲劳损伤弱点位于井口区第一水平层与桩腿连接位置,该区域是平台日常维护的重点。     

海上导管架采油平台隔振方案与隔振系统参数的优化设计

本文针对海上导管架采油平台的冰激振动问题提出了一种整体隔振方案,通过采用建筑抗震用叠层橡胶支座作为基础隔振元件,对实际平台进行教值仿真分析,模拟出导管架采油平台采用隔振方案后平台冰激振动状态.比较发现采用隔振后平台的振动位移和加速度与隔振前有相当大的改善,同时采用优化算法对平台的静动力响应进行最小化设计,计算出最佳的隔振支座参数.另外本文还对隔振方案的静动力特性进行评价.     

锥体海洋平台结构冰荷载的离散单元分析

在冰区油气开发中,锥体结构可以有效降低冰力,避免强烈的冰激振动,是目前渤海油气平台的主要结构形式。为研究海冰与锥体结构的相互作用过程,文章建立了适用于模拟海冰破碎特性的离散单元模型。该模型将海冰离散为若干个具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰弯曲试验确定了单元间的粘接强度;然后对海冰与锥体结构的作用过程进行了数值计算,获得了相应的动冰荷载及冰振响应;在此基础上讨论了不同锥角影响下冰荷载及结构振动响应的变化规律。结果表明,水平方向冰荷载及结构冰振响应随锥角的增加明显增加,而竖直方向冰荷载则显著降低。该离散单元模型还可进一步应用于不同类型抗冰结构的冰荷载分析,有助于解决冰区结构物的抗冰结构设计和冰致疲劳分析。     

50年与100年一遇极端环境荷载对渤海导管架平台结构设计的影响分析

为分析50年与100年环境荷载对平台结构设计的影响,选择极端环境工况作为控制工况的JZ9-3WHPC平台,通过对比该平台在50年与100年环境荷载作用下的结构响应,发现极端工况采用50年与100年重现期的环境荷载对渤海常规导管架平台的结构设计影响较小,极端工况采用100年一遇重现期环境荷载并不是造成常规导管架平台用钢量上升的主要原因。     

海上升压站平台电缆管的抗冰性能

为明确冰区海上升压站平台及其电缆管的抗冰性能,以渤海某拟建风电场为例,对海上升压站平台及其电缆管在100年一遇海冰条件下的响应进行数值模拟分析。结果表明,该升压站平台及其电缆管具备一定的抗冰性能,但在极端海冰条件下,平台上部振动响应较大,应注意防护上部设施及电缆管的安全运行。     

导管架海洋平台整体结构海冰载荷环境下响应分析

以当前广泛应用的海洋导管架平台为研究对象,针对导管架海洋平台冰区服役环境中,海冰载荷作用下结构响应问题,采用理论公式对导管架所受的环境载荷进行计算分析,并通过ABAQUS有限元分析软件对导管架平台进行整体建模,分析其在环境载荷作用下的整体位移响应,并对不同海流速度下桩腿的位移响应进行分析,探索不同桩基入泥深度变形的敏感性因素。结果表明,正常环境载荷下,平台下甲板部位产生0.75 m作用的位移;桩腿位移变化对海流速度较为敏感,某些极端情况下,桩腿上部位移可达5 m左右;变形敏感性因素分析表明,桩身的变形和受力特征存在差异,随着桩基入泥深度的减少,桩身变形会较明显的影响泥面位移和总位移,并导致其桩基中下部及桩底岩土体的塑性区分布范围增加,桩基入泥深度超过一定范围时桩基变形趋近稳定,且计算荷载施加后不会明显影响桩基中下部的应力和塑性区分布特征。     

渤海固定平台非线性时程地震的抗震设计

从设计规范、设防标准、传统线性设计方法以及全新非线性设计方法等方面探讨结构抗震设计技术,以渤海某平台为实例使用全新非线性抗震设计方法开展结构抗震设计分析,计算结果表明:应用该时程非线性方法设计的导管架平台主腿节点及桩基础壁厚均可明显降低,应用该技术可实现渤海海域海洋平台结构设计中的安全性与经济性的统一。