隔水导管支撑井口平台关键技术

为经济有效地开发边际油田，提出一种利用隔水导管及表层套管组成的复合结构进行承载的新型简易平台形式。以渤海某边际油田开发为例，从灌浆连接强度、复合桩竖向承载力、复合桩变截面对p-y、t-z、Q-Z曲线的影响以及简易平台钻井工况等4方面重点分析隔水导管支撑井口平台与常规导管架结构设计的不同之处；结合规范对传统设计内容和方法进行补充和改进。结果表明：灌浆连接强度、隔水导管复合桩竖向承载力和钻井工况均可满足规范要求，且在常规隔水导管入泥深度范围内变截面对土壤曲线的影响较小。以上分析为隔水导管支撑井口平台设计提供了新的思路和参考。     

利用隔水导管提高平台承载力的方法

针对渤海老平台桩基承载力不足的问题,提出一种利用隔水导管的剩余承载力提高导管架平台承载力的方法。为验证隔水导管作为导管架平台的持力结构的有效性和安全性,以渤海某平台修井机升级改造项目为例,通过改变导管架和组块与隔水导管的连接方式,按照第一水平层刚性连接、工作甲板斜撑连接及组合方法分别进行计算分析,计算结果表明,连接后荷载传递有效,传递效率最大可以达到26.06%;单根隔水导管附加荷载不超过960 kN,可以满足自身强度和稳性要求;平台桩腿受力减小,连接部位杆件受力增大,需要进行结构加强;导管架和隔水导管顶部水平位移均有减小,最大可降低9.56%和24.52%;不同组块连接方式中,荷载传递效率受到连接结构的刚度影响,连接结构刚度增大,荷载传递效率提高,隔水导管在满足井口稳定的基础上,可以起到承担平台荷载,提高平台承载力的作用。     

锦州25-1井隔水导管承载力及井口稳定性分析

针对渤海油田锦州25-1井隔水导管在钻入过程中遇阻,未下入到位,且未采取固井措施的情况,采用建立隔水导管受力模型及有限元模型的方法,应用ANSYS软件分析该井隔水导管在风、流、冰荷载作用下的承载力及井口稳定性,确定在最危险工况下和承受防喷器重量时隔水导管承载能力满足作业要求,在复杂环境荷载作用下井口稳定性满足要求。     

半潜式钻井平台承载力极限状态设计

以半潜式钻井平台为研究对象,研究承载力极限状态设计方法的应用。文中首先介绍了承载力极限状态、分析方法、强度衡准;然后基于非线性软件ABAQUS,以加筋板架为研究对象,对其极限强度有限元数值仿真的分析方法、初始变形影响、结果分析技术等进行研究,总结形成数值仿真分析技术。在此基础上,分析半潜平台结构模型、载荷模型、边界约束等,研究目标平台在横向分离、纵剪、纵扭三种变形模式下的极限承载力及变形模式;分析等效模型、加筋模型对计算结果、计算效率的影响,提出半潜式平台极限强度工程化数值分析技术。最后,基于部分安全系数准则提出完整半潜式平台结构极限强度衡准,并对目标平台进行评估;总结形成半潜式钻井平台基于承载力极限状态的结构设计技术。     

导管架式一体化风机在冰载荷作用下的耦合响应研究

海上风电是世界上发展最快的可再生能源之一.寒区蕴藏着丰富的风能资源,设计和建造用于结冰海域的风电结构的关键要求是其应具备一定的抗冰性能.本文研究了全耦合导管架式海上风力发电机在冰载荷作用下的结构动态响应;在数值仿真软件FAST中建立了一体化风机数值模型,该模型包含其空气动力属性、水动力属性、机械属性和结构弹性属性;研究了导管架风机基础的直立桩腿和加装了抗冰锥体后的桩腿的抗冰性能差异;并计算分析了不同冰厚和冰速对于风机动态响应的影响.结果表明:海冰厚度越大,导管架底座的结构响应和振荡幅度越大;海冰速度越大,其结构响应和振荡频率越快;导管架桩腿在安装抗冰锥体后的结构响应和振荡幅度明显降低.本文还计算分析得到了抗冰性能最佳的锥体角度.     

格形钢板桩结构稳定性的有限元数值分析

结合具体工程实例,利用ABAQUS软件建立格形钢板桩结构稳定性分析的三维弹塑性有限元模型,分析比较不同土质内和不同入土深度情况下格形钢板桩结构的极限承载力。分析结果表明,土质变化对结构极限承载力的影响很大,经过地基置换后结构的极限承载力显著提高;当基底为淤泥层时,增加结构的入土深度对提高格形钢板桩结构的极限承载力影响有限。     

平台桩腿对隔水导管冰力的掩蔽效应

本文首先介绍了掩蔽效应的概念,阐述了从工程实际出发研究冰力掩蔽效应的必要性,研究了平台桩腿对隔水导管冰力的掩蔽效应的机理.对冰力模型试验数据进行分析,得出了不同结构型式下桩腿对隔水导管的冰力掩蔽系数,研究了结构型式对掩蔽系数的影响,为工程设计和计算提供了参考.     

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.     

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.     

自升式钻井平台的抗冰性能评价

自升式钻井平台属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩是否能推倒平台。基于对渤海辽东湾柔性抗冰平台的多年监测,发现强烈的冰激振动引起平台管节点疲劳失效、上部设施的非正常运行、作业人员不舒适等问题的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。文中基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型自升式钻井平台为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区自升式平台的抗冰概念设计提供合理依据。     

基于蒙特卡洛模拟的半潜式平台极限强度可靠性研究

半潜式平台是世界深海钻井的主要装备。我国南海的平均水深较深,油气资源丰富,自主掌握半潜式平台设计建造技术势在必行。结构的极限强度是半潜式平台所能承受载荷的上限值,充分考虑极限强度计算中的不确定性,并对其极限强度进行评估对于结构的安全而言具有重要意义。采用Smith法计算半潜式平台极限强度,用蒙特卡洛模拟对半潜平台极限强度计算中的不确定变量进行离散,然后将离散后的均匀随机数代入Smith法中,通过大量的循环计算得到半潜平台极限强度的概率密度曲线。通过与半潜平台极限强度名义值进行比较,发现变量的不确定性对半潜式平台极限强度影响较大,名义值不能真实地反映半潜式平台的承载能力。     

梁板式高桩码头极限承载力概率分布

极限承载力概率分布是结构可靠度计算要解决的主要问题之一。针对在役高桩码头结构安全评估问题,选择结构材料性能参数与几何尺寸参数为随机变量,基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗法建立典型梁板式高桩码头极限承载力概率分布模型及统计参数。研究了水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布及损伤位置、损伤程度和损伤数量对高桩码头极限承载力概率分布及统计参数的影响。结果表明:水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布为正态分布,损伤位置、损伤程度和损伤数量不影响结构极限承载力的概率分布。在水平荷载作用下计算损伤结构的可靠指标时,可以采用无损结构极限承载力概率分布及统计参数进行计算。     

浮式抗冰平台设计理念及水动力特性研究

钻探极地地区近海石油和天然气资源对移动式离岸钻井平台的水动力性能、抗冰性能和作业性能有着极大的要求。本文主要介绍了浮式抗冰平台的设计方案,并结合当今最新一款半潜式抗冰平台的设计理念,分别从频域和时域分析的角度与传统的半潜式平台作对比,分析得出其具有优越的水动力性能,垂荡、横摇、纵摇运动响应都优于传统的半潜平台,为下一步抗冰性能分析及其关键技术的研究做基础,同时也给半潜式平台带来新的设计理念,为浮式抗冰平台的设计建造提供合理思路。     

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。     

潜艇内部有平台支撑的平面舱壁极限承载能力非线性有限元计算

对由平台支撑的潜艇内部平面舱壁这种新型结构进行非线性有限元分析,得到结构的极限承载能力,分析结构上应力分布规律,探讨结构的塑性破坏机理。     

半潜式平台关键结构全寿期极限强度预报方法研究

文章基于逐步破坏分析法和有限元计算方法,发展了一种计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤的半潜式海洋平台关键结构全寿期极限强度计算方法。以一服役水深为3000 m半潜式平台为研究对象,选取横撑和立柱局部结构作为研究对象,以不同服役年限下裂纹扩展长度和腐蚀厚度作为变化参数,采用ANSYS软件建立其参数化有限元模型,计算了不同服役年限下半潜式海洋平台关键结构极限强度,在此基础上分析了全寿期内关键结构极限强度随服役年限的变化规律。     

冰区海上风电基础的抗冰性能分析

海上风电基础属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩。基于对渤海辽东湾柔性抗冰结构的多年监测,发现强烈的冰激振动引起柔性结构的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。为了明确冰区风电基础结构的抗冰性能及抗冰设计的合理性,文章结合基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,明确该类柔性结构与海冰作用形式及其动力特性;提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型风电基础为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区风电基础的抗冰设计及安全保障提供合理依据。     

深水钻井立管建模与角度安全控制

从水面钻井平台与水下立管联合作业的安全角度出发，提出一种将钻井立管的力学响应限制特性引入水面平台动力定位闭环控制中的位置保持方法，实现水面钻井平台（或船舶）基于立管角度响应的动态定位。利用有限元方法建立包括立管系统质量、系统刚度、结构阻尼和水动力载荷在内的立管运动控制模型。联合水面浮体和水下立管的低频运动特性建立水面浮体运动偏移与水下立管顶端角度及末端角度的相对运动关系模型。在此基础上，设计基于立管运行响应的动力定位控位方法，实现对立管顶端角度及末端角度的安全控制。仿真结果表明，所提出的方法可行，在外界突变的环境载荷瞬时作用于水面浮体时，能更快地跟踪新的期望最优位置，保证钻井立管运行在安全界限内。     

立管碰撞损伤状态下极限强度分析方法研究

以船与立管碰撞为研究对象,采用非线性有限元法对立管受船舶碰撞作用下的结构损伤进行分析。在此基础上考虑立管结构凹坑损伤状态,建立极限强度分析方法,并对立管有无损伤等情况进行对比分析。计算分析表明,凹坑损伤会降低立管的极限强度;减小立管壁厚会降低立管的极限强度,且壁厚对凹坑损伤立管极限张力的影响明显小于极限弯矩;顶张力在一定范围内,也可以减小凹坑损伤对立管极限强度的影响。     

离岸深水全直桩码头竖向承载特性有限元数值模拟

建立结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型,分析软土地基上离岸深水全直桩码头竖向承载特性与失稳模式。通过研究得出,竖向荷载作用下,该结构竖向承载特性及失稳模式与土体强度密切相关。当地基较软时,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定;当地基较硬时,结构竖向极限承载力由桩身及土体强度共同控制。为此,在进行该类结构设计时,应充分考虑软土地基软化效应等可能降低土体强度的不利因素对结构竖向承载特性及失稳模式的影响。