基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.     

半潜式钻井平台风载荷CFD预报

在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。本文采用CFD技术,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行了预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明：不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响;风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大;湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。     

水深对半潜式平台水动力性能及波浪载荷的影响*

本文根据有条件的建模方法（CMA）和一次逆可靠度方法(IFORM),运用Matlab编程计算确定百年一遇波高-周期的等概率曲线,设计了一组百年一遇波浪海况。根据Morison方程与绕射理论计算海洋平台波浪载荷的各自特点,本文采用Morison方程和绕射理论相结合的方法,运用挪威船级社研发的SESAM程序,就水深对半潜式海洋平台水动力性能和波浪载荷的影响进行了分析。某半潜式海洋平台计算分析水深对平台的运动响应、气隙、波浪二阶平均漂移力和纵向剪切力等六个波浪载荷的影响。     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究（英文）

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。     

超深水半潜式平台典型节点强度分析

半潜式钻井平台在水中漂浮作业,会受到多种载荷的影响,包括风、海流、波浪等载荷。对于在水中长期漂浮的结构物来说,最重要的是波浪载荷的作用。因此在强度分析时可以忽略风和海流的载荷作用,只考虑波浪载荷。基于三维势流理论和莫里森方程计算波浪载荷传递函数,并进行长期预报,确定一系列的设计波参数,对关键节点应力集中情况及应力分布情况进行深入分析,为半潜式平台的研究提供参考。     

自升式钻井平台风载荷研究

以海洋钻井平台风载荷计算为研究对象,将船级社规范、CFD计算流体力学计算、风洞试验和一种土木工程方法分别应用于一自升式海洋钻井平台的风载荷计算,并详细比较了各方法间存在的差异,比较论证了土木工程方法作为自升式钻井平台风载荷计算的参考价值。     

海洋平台稳性计算分析

以自升式钻井平台和在建的FPSO项目稳性计算分析为例,从风模型的建立、风载荷计算及风向角的角度进行FPSO稳性计算,综合考虑不同规范的要求,确定平台完整稳性和破舱稳性衡准,定义开口、破损范围及渗透率等参数,并利用NAPA软件对海洋平台进行配载,计算平台在各种工况下的稳性,明确稳性计算方法的正确性。     

自升式起重平台站立工况总体特性研究

采用有限元计算方法针对起吊能力800t的自升式起重平台站立状态在设计环境载荷作用下的桩腿强度、桩靴支反力、锁紧装置承载力、抗倾稳性及风、浪、流载荷影响因子等内容进行了分析研究,结果表明环境载荷作用方向90°时,桩腿UC值(实际应力与许用应力之比值)最大,对平台桩腿结构最为不利;风、浪载荷对桩腿UC值影响颇大,正确计算风、波浪载荷对平台结构安全评估有重要意义。     

海上旅游平台大跨度网壳结构强度分析

海上旅游平台大跨度网壳结构作为新型结构,目前还没有成熟的设计和强度分析方法。本文以网壳结构立柱间的相对位移为波浪载荷控制参数,基于设计波法和三维水弹性理论计算波浪载荷;以百年一遇的风速作为风载工况,采用k-ε湍流模型模拟风场计算风载荷,利用面元积分法计算网壳结构等效节点载荷,建立大跨度网壳结构外载荷计算方法。在此基础上,以“海洋之心”旅游平台为算例,开展了网壳结构响应分析,获得了风载荷、波浪载荷及风浪联合作用下的网壳结构响应,对比分析了风载荷和波浪载荷对网壳结构响应的影响。     

自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究

风载荷是白升式平台的主要控制载荷,现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法,不考虑空气动力学干扰的影响,结果偏于保守。以自主研发的122m（400ft）自升式平台为例,通过风洞实验得到其各风向角下的干扰因子伊。在此基础上,采用求解RANS方程的方法,结合k—ε湍流模型对风载荷的空气动力学干扰现象进行数值模拟,所得伊值与实验结果吻合良好,揭示了这种干扰现象对自升式平台风载荷的影响。     

自升式风电安装船桩腿强度分析和优化

近年来,随着国内海上风电行业的蓬勃发展,市场对自升式风电安装船的需求日益迫切。桩腿是影响自升式风电安装船作业安全性的关键环节,桩腿设计也是自升式风电安装船的关键技术难点之一;而海上风电场的选址逐渐向离岸更远、水深更大的方向发展,客观上也对桩腿适应更恶劣海况条件的能力提出了更高要求。本文结合近年来多型自升式风电安装船桩腿设计经验,分析研究了桩腿总强度计算和优化的过程,及其与海况环境、作业条件、可变载荷等参数之间的相关性,为自升式风电安装船的桩腿设计提供了有效方法。     

环境荷载共同作用下自升式平台地震响应分析

自升式海洋平台是海上施工的重要设备,其造价昂贵、设计复杂,承受着复杂的环境荷载作用。目前关于地震对其作用的研究还较少,有必要进行地震与风、浪、流等荷载对自升式平台的动力分析研究。文中在考虑流体附加质量及地基土体抗转效应的前提下,建立了适合动力分析的海洋平台计算模型,并利用弹塑性时程分析方法研究了其在地震及其他环境荷载共同作用下的动力响应。结果表明环境荷载作用方向对现役自升式海洋平台的抗震性能有着较大的影响,在平台结构抗震性能评估中应予以重视。     

自升式钻井平台X-型悬臂梁许用载荷云图设计方法研究（英文）

The extending of a cantilever and transverse moving of a drilling floor enable the jack-up to operate in several well positions after the Jack-up has pitched. The cantilever allowable load nephogram is the critical reference which can evaluate the jack-up's drilling ability, design the cantilever structure and instruct a jack-up manager to make the operations safe. The intent of this paper is to explore the interrelationships between the cantilever position, drilling floor and the loads including wind force, the stand set-back weight etc., through analyzing the structure and load characteristics of the x-type cantilever and the simplified mechanics model with the restriction of the maximum moment capacity of the cantilever single side beam. Referring to several typical position designs load values, the cantilever allowable load nephogram is obtained by using the suitable interpolation method. The paper gives a method for cantilever allowable load design, which is proved reliable and effective by the calculation example.     

自升式钻井平台风载荷试验研究

由于风载荷的计算方法不准确,基于自主设计的自升式钻井平台,首次在国内风洞实验室进行了平均风静力的实验研究。首先根据模型设计相似性要求对包括钻井平台的风载荷进行了模拟实验,主要通过气动测量系统获得相关数据,然后与根据规范的计算结果进行了对比分析,最后建议对计算分析方法进行修正,为钻井平台优化设计奠定了基础。     

Study on a new method for installing a monopile and a fully integrated offshore wind turbine structure

This paper presents a preliminary technical feasibility study on a new methodology proposed for installing a monopile-based bottom supported offshore wind turbine structure. The concept is developed to address the problem of “waiting for a suitable weather window” which is commonly faced by the existing installation methods that uses a typical jack-up platform. In the methodology, a floating vessel along with a floatable subsea structure fitted with a hull on the top, hereafter named SSIP (subsea structure for installing a pile), is proposed first to install a monopile. Then the same structure is used to carry an FIUS (fully integrated upper structure) of an offshore wind turbine, which is characterized by a telescopic tower, and install it over the monopile by using an FOP (float-over-pulling) arrangement. Here, the installation methodologies are first briefly described along with the critical load cases associated with them. These load cases are then numerically studied for a significant wave height (H_S) of 2.5 m, and the results are summarized. For installing a fully integrated offshore wind turbine upper structure on a monopile foundation by the FOP method, two installation schemes are presented, and their dynamic characteristics are compared. It is shown that the proposed methodologies have potential to provide installation solutions which can be environmentally more robust compared to the existing method for installing an offshore wind turbine.     

不同状腿结构的自升式平台对比分析(英文)

The jack-up unit is one of the best drilling platforms in offshore oil fields with water depth shallower than 150 meters.As the most pivotal component of the jack-up unit,the leg system can directly affect the global performance of a jack-up unit.Investigation shows that there are three kinds of leg structure forms in the world now:the reverse K,X,and mixing types.In order to clarify the advantage and defects of each one,as well as their effect on the global performance of the jack-up unit,this paper commenced to study performance targets of a deepwater jack-up unit with different leg systems(X type,reverse K type,and mixing type).In this paper a typical leg scantling dimension and identical external loads were selected,detailed finite element snalysis(FEA) models were built to simulate the jack-up unit’s structural behavior,and the multi-point constraint(MPC) element together with the spring element was used to deal with the boundary condition.Finally,the above problems were solved by comparative analysis of their main performance targets(including ultimate static strength,dynamic response,and weight).     

FX自升式平台拖航稳性研究

自升式平台在拖航移位时,大部分桩腿位于平台上部,受风面积很大,在平台拖航移位过程中会受到很大的风倾力矩,有可能导致平台倾覆,故需对平台拖航进行稳性分析研究,确保平台拖航安全。本文提出了一种利用Moses软件对FX自升式平台进行完整稳性和破舱稳性分析的方法,该方法简单实用,计算效率高。使用该方法分析平台稳性,得出如下结论：自升式平台的吃水越大,其稳性越差;FX平台完整稳性的危险风向角为15度,破舱稳性的危险风向角为120度,最危险的破舱组合为压载舱2和4。论文成果可为类似平台的稳性分析提供参考,为平台的安全拖航提供技术支持。     

自升式平台桩靴/地基承载力的数值分析

桩靴/地基承载力的准确预报是确保自升式平台进行海上插桩作业安全性的重要前提,常规的规范算法在处理复杂地基条件时存在困难。基于非线性数值分析方法,在对加载点位置、网格尺寸、地基边界等关键技术进行研究的基础上,以某400ft水深自升式平台为例,分别对海底均质土和成层土的承载力进行了研究。同时,对各土层参数的影响进行了详细分析,为探索插桩过程中地基破坏原理和承载力计算提供了一些参考。