深水钻井隔水管耦合系统分析

对于深水系泊钻井系统而言,移动式海洋钻井装置与细长结构(系缆、钻井隔水管)之间的耦合效应在预测浮体运动及钻井隔水管响应时起决定性作用.文中建立了深水系泊钻井系统的全耦合有限元模型,考虑波频与低频环境载荷,对系统进行了非线性时域分析.分析表明,由低频浮体运动激励的低频隔水管动态响应可对深水钻井隔水管设计产生重要影响.常规方法将低频浮体运动作为准静态效应考虑,对于连接在锚泊钻井装置上的深水钻井隔水管而言是不精确的.     

平台运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响

文章建立了波浪、海流和船体运动等载荷综合作用下的深水钻井隔水管非线性时域动力响应模型,模型考虑了顶部张力和隔水管内部泥浆对隔水管动力响应的影响,计人了张力沿隔水管长度的变化,并采用有限差分法求解了四阶偏微分运动方程.计算了随机波浪和规则波浪下船体运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响,研究分析了船体平均偏移以及波频响应和低频响应的周期和幅值对深水钻井隔水管动力响应的影响.结果表明,船体运动对深水钻井隔水管动力响应有较大的影响,在随机波浪和海流作用下,考虑船体运动时,隔水管上部最大弯矩增大了59%.船体的平均偏移主要影响底部最大弯矩.船体波频运动对上部最大弯矩有较大影响,随着波频响应的周期和幅值的变化,上部最大弯矩变化较快,而低频响应的则主要影响隔水管上部弯矩.     

深水钻井隔水管磨损评估及保护措施分析

结合两起深水钻井隔水管磨损事故后果分析,对钻杆转动造成的隔水管磨损机理进行了探讨和定量评估.分析了底部挠性接头角度、深水海流对隔水管磨损的重要影响,探讨了相应的改进措施,并介绍了两种磨损减缓装备可供选用.     

超深水钻井隔水管动力分析理论研究与数值模拟

随着钻井作业向深水(500～1 500m)和超深水(1 500m以上)发展,在交变海洋环境载荷波浪力、海流力和浮式钻井平台运动的共同作用下,隔水管的动态响应更加显著.文中探讨了隔水管侧向振动的数学模型、动态特性分析中的结构与环境载荷建模技术及其非线性动力分析方法,研究并对比了不同分析方法在计算效率、计算精度和工程适用性等方面的差异.介绍了时域内应用ABAQUS软件进行超深水钻井隔水管非确定性动力分析的算法与详细流程,算例比较了不同边界条件对深水钻井隔水管动态特性的影响.研究表明,时域非确定性分析最为精确但需要时间最长,且只能采用线性AIRY波浪理论;理论上,海流主要引起隔水管动态响应的时不变部分,但该时不变部分不等同于海流引起的隔水管静态响应,一种简化方法只将海浪与钻井船运动作为动载荷而不考虑海流对动态响应的贡献;钻井船运动和波浪载荷是隔水管动态响应分析主要的动载荷,对于超深水隔水管来说,钻井船运动是首要的动载荷,其慢漂运动对隔水管性能有重要影响,而波浪仅对隔水管局部产生作用.     

海洋波浪,流激励下的隔水管管线动力稳定性

本文以一根在上部允许作任意弹性旋转为均匀，连续垂直隔水管系统进行了动力稳定性分析，水面船的升沉和横荡运动作管子上端的激励条件，采用了Ｐｉｅｒｓｏｎ－Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ波浪谱描述了波浪环境，用Ｍｏｒｉｓｏｎ方程估算了作用在立管上的流体动力，采用有限差法分求解了立管运动方程，计算了管子临界位移和弯矩分布。     

波流共同作用下隔水管动力响应非线性分析

为了探讨在波浪海流共同作用下隔水管的动力响应及涡激振动力分析,根据三维空间中隔水管运动的微分控制方程,以:MatteoIuca改进的Vanderpol尾流振子模型为基础计算涡激振动时隔水管与流体之间的相互作用.通过Hermite插值函数对隔水管的运动微分方程进行有限元离散,基于非线性分析理论利用当前拉氏描述(UL)建立了考虑几何非线性、预应力、涡激流固耦合等复杂因素影响的综合非线性增量平衡方程,并采用New-ton-Raphson迭代法和Newmark方法相结合的方法建立了空间隔水管非线性涡激动力响应的增量迭代算法.最后给出了考虑几何非线性与对外界荷载作用简化的位移分布包络线.以及横向涡激振动响应曲线.计算结果表明,所采用的方法正确、有效,可以为隔水管的生产没计及理论分析提供依据.     

超深水钻井船隔水管舱段结构总体强度分析

为分析超深水钻井船隔水管舱段结构总体强度,利用美国船级社(ABS) Drillship 2. 0软件,结合ABS钻井船规范进行有限元建模、加载和分析,对目标舱段的应力分布结果进行强度评估。计算结果表明:隔水管舱段满足屈服、屈曲和疲劳强度要求。     

深水钻井平台-隔水管系统波激疲劳分析

平台运动是深水钻井隔水管系统波激疲劳的主要来源之一。传统的隔水管波激疲劳分析不考虑或简化钻井平台运动,为了更精确地评估隔水管系统波激疲劳损伤,建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统动力学模型及波激疲劳损伤评估方法,开展了动力定位和锚泊定位模式下的隔水管系统动力学响应及疲劳损伤分析,深入揭示深水钻井隔水管系统波激疲劳动力学特性。结果表明,两种定位模式下的平台-隔水管系统受波浪载荷的影响,在常规波浪频率范围内发生波频振动,锚泊定位模式下的平台-隔水管系统还呈现一定的低频特性;两种定位系统下的深水钻井隔水管系统疲劳损伤最大值均发生在隔水管系统顶部,锚泊定位模式下的隔水管系统波激疲劳损伤变异系数较大,动力定位系统下的隔水管系统波激疲劳损伤较大。     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

深水养殖平台的水动力特性及锚泊安全

为研究深水养殖平台的水动力特性及其锚泊系统的安全性,以“振渔二号”深水养殖平台为例,开展物模试验和数值仿真计算。测试该平台在极限风速和流速下的外载荷作用力,并对其进行规则波频率运动响应试验和数值模拟,同时对其锚泊系统进行风、浪、流联合作用下的运动和系泊受力试验,获得该平台的水动力及其锚泊系统的受力特征值。物模试验和数值计算结果表明：忽略网衣的影响,纯波浪作用对平台运动的影响较小;在横风、横浪、横流作用下,锚泊系统最大受力对应的安全系数满足船级社相关指南的要求,有一定的安全裕度。研究成果可供深水养殖平台及其锚泊系统的优化设计和作业安全评估参考。     

操作与悬挂工况下的深海立管有限元分析(英文)

近年来,在深海进行油气开发的技术进展日新月异,全世界的海洋工程公司都在用更新的科技手段努力向更深的海域拓展,向深海进军已经成为了整个海洋行油工业的总体趋势.作为连接、平台设备和海底的重要设备,深海海洋立管的设计和使川也越来越趋向标准化.该文以某深海立管为例,从操作工况和悬挂工况两个方面探讨了钻井立管的整体分析中遇到的主要问题并进行了相关的校核.该文的具体上作包括计算了立管在钻探模态下的旋转角度和应力分布,确定了操作半径、浮箱数日等要素,并根据API规范进行了校核.根据计算的结果可以看出,所选的立管在恶劣海况下的操作半径相对较小,而确定的浮箱数略多,相关结论对立管的初步设计具有较好的参考意义.     

单滩大方量条件下深水钻爆施工方法

莲沱航道整治炸礁工程位于两坝间莲沱河段,其主要目的是将炸礁区从平坡调整为纵向阶梯状倒坡,起到扩大急流区过水面积从而降低流速和减小比降、平顺岸线并增加岸边水深、调整河床断面形态从而改善不良水流形态的作用。然而,炸礁工程中LT7炸礁区工程量极大,单滩整治爆破工程量目前居内河航道整治工程首位。通过对深水钻爆施工下的施工布置、施工分层方法以及施工船舶设备选型的研究,确定了该区域不同分区的施工方法。航道整治实际效果表明,航道水流条件得以明显改善,证明采取的施工方法合理有效。研究成果为莲沱段航道炸礁工程实施提供理论依据,也可为后期其他滩段整治提供借鉴。     

复杂预应力对立管参激振动特性的影响分析

针对立管结构中存在着复杂预应力分布的现象,提出了立管在只考虑顶端平台升沉激励引起的纯参激振动问题。基于结构预应力理论,建立了含复杂预应力的立管结构运动控制微分方程,提出了一种可适用于含复杂预应力分布的立管参激振动特性分析方法。以此为基础,应用数值计算对比了复杂预应力对立管结构的自然频率、振型等振动特性的影响。计算结果表明,复杂预应力的存在对立管结构的动力特性有着重要的影响。     

深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性研究

文章结合单轴压缩蠕变试验和粘弹性材料广义Maxwell建模理论得到吸声和浮体两种粘弹性填充材料的松弛模量Prony级数系数,开展了深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性试验,并将之与仿真研究结果进行对比,得到如下结论：复合材料夹层结构长时蠕变初期,芯材蠕变较表层复合材料占主导地位;随着时间增加,表层复合材料基体的粘弹性特性所表现出的蠕变和松弛现象交织出现,表层应变出现波动;芯材蠕变对复合材料夹层结构长时蠕变变形的贡献约为60%。     

Outline of scientific ocean drilling and specifications of riser drilling vessel Chikyu

 The Japan Marine Science and Technology Center (JAMSTEC) has been, and is now promoting the “OD21” program (i.e., “Ocean drilling in the 21st century”). This is the first plan in the world to utilize deep-water riser-drilling technologies for scientific drilling. One of the important factors for the success of this program is the development of a high-performance drilling vessel. Since 1990, JAMSTEC has been continuing a technological study of a riser-drilling vessel for scientific studies with an operational capability in waters up to 4000 m deep. It was decided to start the construction with a two-phase plan: a vessel with a riser operation for waters up to 2500 m deep will be constructed in the initial stage, and then the vessel will be modified to a 4000-m depth capability. In the development process of the vessel, named Chikyu, many new technical developments have taken place, such as drilling/coring equipment, a dynamic positioning system, etc. Thus, the Chikyu is expected to contribute to ocean engineering and other work, in addition to scientific advances. Received: June 15, 2002 / Accepted: November 11, 2002 Address correspondence to: Y. Yano (e-mail: yanoy@jamstec.go.jp)     

一种新型深水浮式平台及其系泊系统动力响应分析

本文以一种可支持干式采油树的新型深水浮式平台为研究对象,采用频域和时域分析方法,分析不同工况下该平台的运动响应和锚链力特性,并与试验数据相对比以验证数值方法的正确性。在此基础上,重点分析了锚链断裂和伸缩立柱长度对该平台各项性能的影响。研究表明,该新型深水浮式平台具有优越的垂荡运动性能,且伸缩立柱长度对其垂荡运动具有影响。此外,如果发生锚链断裂,将对平台水平运动及锚链力产生较大影响。     

极限海况下单点系泊系统缆索动张力研究

在动力学分析的基础上,运用国外大型商用软件Orca Flex对单点系泊系统进行建模。通过改变风浪流的参数,对单点系泊船体在风浪流作用下的鱼尾状摆动现象以及缆索张力的变化情况进行特性分析,验证黄国樑等人的试验,对实际生产有一定的指导作用。     

考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.     

深水超长钢板桩围堰受力特性分析

以芒稻河特大桥主墩深水超长钢板桩围堰为例,考虑钢板桩与地基土、内撑、回填物的相互作用,利用ABAQUS软件建立平面有限元接触模型,通过单元"生死"和位移追踪技术,进行施工全过程仿真模拟,分析围堰受力变形特性。研究表明:基坑开挖完成后,桩后土压力呈R形分布,入土段下部弹性嵌固作用明显。封底砼顶部在抽水后、冠梁在拆撑过程中有显著的支承作用。钢板桩弯矩在第二道内撑拆除后最大,底撑在抽水后反力最大,其他各道内撑分别在下一道内撑拆除后反力最大。各道围檩最大挠度接近,内撑竖向布置和构件设计合理。     

Numerical analysis of ducted propeller performance under open water test condition

This paper investigates the open water performance of the Ka-series propellers at various pitch and expanded area ratios in combination with the 19A duct by employing the panel method panMARE and the RANSE code ANSYS-CFX. An efficient method, Caly, is developed in order to generate the 3D-geometry and the surface numerical grid of the ducted propellers. Caly can be coupled with ANSYS-TurboGrid to automatically produce 3D-grids for the RANSE solver. The numerical results are compared with published experimental data and the flow details are concluded and compared. The influences that the grid resolution, the panel arrangements of duct and blade, and the flow in gap between inside wall of the duct and blade tip on the numerical results are studied. Grids verification, turbulence model dependency analysis and Reynolds number scantling are also discussed.