自升式平台穿刺过程结构响应研究

为减少自升式平台穿刺造成的损失,需要对自升式平台穿刺过程中的结构响应进行研究。根据某典型平台图纸,使用有限元法建立细化模型。在穿刺过程中采用CONNECTOR单元及非线性弹簧模拟自升式平台围阱区的齿轮齿条接触及桩土作用。考虑到模型中包含的高度非连续过程,穿刺过程采用显式动力学方法求解。通过分析模型穿刺后的结构形态,危险点分布,穿刺速度对结构的影响及预压载值的变化,探讨自升式平台穿刺过程中的结构响应特征。结果表明:平台导向板附近桩腿结构最容易在穿刺中损坏;穿刺速度对与桩靴相连的桩腿结构影响很大;为减少穿刺对结构的影响,可以考虑主动刺穿或减少气隙进行单桩预压载等措施。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估

应用ANSYS软件建立了自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力分析和桩腿的极限强度和疲劳强度校核。应用本模型对渤海某自升式平台桩腿进行的强度校核和不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤实例分析表明,本文的研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了一个有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

喷冲系统降低拔桩阻力有效性的试验研究

自升式作业平台是勘探开采海洋油气资源的重要装备。在其使用期内,需要多次移动位置。移动之前,自升式平台通过桩腿拔出桩靴。拔桩过程可能因地质条件复杂而费时费力。喷冲系统对降低拔桩阻力的功效明显。通过单喷嘴试验,本文研究不同地质条件下的喷冲参数变化规律,并探讨参数之间的相互影响。通过桩靴模型喷冲试验,验证喷冲系统降低拔桩阻力的有效性。试验结果将为进一步设计能够有效降低自升式平台拔桩阻力的喷冲系统提供技术支持。     

弱超固结黏土中桩靴贯入形成孔洞对承载力影响

自升式平台作业前需对桩靴基础进行预压安装,使桩靴具备抵抗竖向-水平-弯矩复合荷载的能力。安装过程中,桩靴上部将形成一定深度的孔洞。弱超固结黏土地基中,土体强度较高,桩靴最终贯入深度较浅,而形成的上部孔洞较深,因此孔洞将对桩靴就位后的承载力产生影响。通过有限元分析,研究弱超固结黏土中桩靴上部孔洞对承载力的影响,结果表明:1)与无孔洞的情况相比,孔洞的存在对桩靴的单向和复合承载力有削弱作用; 2)当桩靴与孔洞底部距离大于桩靴直径时,承载力不再受上部孔洞的影响; 3)当桩靴埋深小于等于0.75倍桩靴直径时,无论桩靴上部有无孔洞,现有预测公式都不能较为合理地预测弱超固结黏土地基的复合承载力,为此提出了考虑孔洞影响的桩靴复合承载力包络面预测公式。     

自升式钻井平台拔桩机理探析

海上自升式钻井平台完成预定工作后,将收起桩靴迁航到下一个目的地,桩靴的拔出是由支撑状态向漂浮状态过渡的重要过程,是自升式钻井平台正常作业不可缺少的重要组成部分。在这个过程中,拔桩阻力的预测对于桩靴上拔安全至关重要。笔者通过对平台拔桩阻力进行分析,并结合中油海平台近几年的拔桩作业经验,提出了施工中的注意事项,具有一定的指导意义。     

自升式钻井平台水下部分检验的一种新方法

为确保钻井平台常年处于海上作业的安全,各国船级社都规定了对平台水下部分定期检验的要求。平均每隔两年进行一次水下部分的检验,每隔四年进行一次特别检验,且延期最长不得超过12个月。对自升式海上钻井平台来说,“水下部分”指的是水下部分的桩腿和桩靴,特别是桩靴,在海底插桩作业时易受损坏。而桩腿与桩靴连结处,更是验船师最为注意的地方。因此,如何使桩靴“出水”(升出水面)或“不出水”而能为验船师提供     

复杂地层下土塞破坏模式在大型自升式钻井平台插桩中的应用

自升式钻井平台在海洋石油开采中得到了广泛的应用。桩腿的刺穿安全性分析是钻井平台插桩分析的重点。随着钻井平台建造越来越大,压载过程中,桩靴对土层的破坏模式也发生了改变,一种新的土层破坏模式(土塞破坏模式)在大直径桩靴压载过程中经常发生。分析了在复杂地层下,常规破坏模式和土塞破坏模式发生的机理,并对土塞破坏模式下计算桩靴入泥深度的基本公式进行了介绍。根据多次工程实践以及案例分析表明,土塞破坏分析模式能够较为准确地预测大型钻井平台在复杂地层下的桩靴入泥深度,为钻井平台操作者提供可靠的资料和安全分析。     

自升式平台分段延时插桩法在浅层气海域的应用

海底浅层气一般指海床浅地层内聚集的气体,是一种典型的海洋灾害地质类型,施工作业时一旦发生灾害,将对生命财产造成不可估量的损失。本文通过介绍海底浅层气的性质和危害,同时对辽东湾浅层气海域的进行工程物探资料分析,结合浅层气海域地层物性的特点,针对带桩靴的自升式平台在浅层气海域桩的插桩过程中存在的风险,提出了自升式平台分段延时插桩方法。并通过实践,指导中油海6平台在该海域的成功插桩,验证了该方法在浅层气海域插桩的可行性,同时实现了桩靴式自升式平台在该区块作业的零突破,具有一定的指导意义。     

海上自升式钻井平台结构非线性分析

本文分析海上自升式钻井平台结构特征及其桩腿结构非线性大位移特点,采用非线性有限元分析方法,提出考虑剪切影响的三维梁单元几何非线性分析新的方法,并编制相应分析程序,对自升式钻井平台桩腿结构非线性问题进行了合理地分析,取得合理的分析结果.文中还通过自升式钻井平台实例分析说明了此法的应用.     

自升式平台拖航工况桩腿设计标准研究

本文对自升式钻井平台拖航工况桩腿的外力、内力和应力设计标准进行了综合分析。分别按照美国船检局、英国劳氏船级社、挪威船级社和我国船检局的近海移动式钻井平台入级和建造规范对我国建造的自升式平台桩腿结构进行分析计算。将所得的结果列表并绘出曲线,进行了综合分析。其结论为应用近海移动式钻井平台入级与建造规范和对这种自升式平台设计提供适当的依据.     

自升式海上石油钻井平台振动模态的有限元计算和分析

本文对某自升式海上石油钻井平台的振动模态进行了计算和分析。平台长57.6米、宽34米,采用4根直径为3米的管形桩腿,腿高78米,工作水深40米,桩腿插入泥面以下约3米。本文提出了计算该平台振动模态的两种模型:空间薄壁结构模型和空间框架模型,用 SAP5结构分析程序进行了计算,获得了该平台的第一至第廿谐调的振动频率和模态,为我国自升式钻井平台动态特性的设计、分析和使用提供了有用的数据和可行的方法。文中对上述两种计算模型作了分析和比较,指出本文提出的空间薄壁结构模型是计算这类平台整体振动模态的一种简单易行而又经济的合理模型。此外,本文还指出了这类平台振动周期的跳跃现象,讨论了桩腿的支承条件对平台振动周期的影响以及平台结构的质量和附连水质量的处理等问题。     

自升式钻井平台插桩深度探析

针时目前带桩靴的自升式桩基平台插桩深度计算中存在的问题,通过考虑插桩过程中桩靴对地层物理力学性质的影响,运用最小二乘法求得桩靴对地层承载力的影响系数,从而时Terzaghi和Peck公式进行修正,提高插桩深度预测的准确性.     

新型平台桩靴在“砂-黏”地层中穿刺的数值模拟研究

开发了一种新型平台桩靴,可通过活动板转动实现自升式平台不同阶段桩靴受力面积的灵活变化。基于大变形有限元方法,模拟新型桩靴基础在“砂-黏”地层中的贯入过程,分析了活动板转角、砂层厚度比、摩擦角和黏土层不排水抗剪强度对新型桩靴贯入阻力的影响,并与普通桩靴的贯入响应比较。数值分析中,上覆砂土和下层黏土分别采用摩尔库伦模型和修正Tresca模型进行模拟。结果表明：新型桩靴穿刺时,土层参数对峰值阻力的影响规律与普通桩靴相同,但其峰值阻力随活动板转角的变化而变化,无法直接使用具有等效面积普通桩靴的穿刺预测方法。考虑各项关键影响因素,结合穿刺破坏时的地基破坏模式,基于数值模拟结果提出了适用于新型桩靴的贯入阻力预测公式。     

自升式海上钻井平台结构的模态分析及地震反应的谱分析

本文对某自升式钻井平台结构进行了模态和地震反应分析。用等效桩腿的处理方法把平台结构简化为空间梁系有限元力学模型,采用我国《海上固定平台入级与建造规范》中规定的标准地震谱曲线.首先计算了平台结构前五阶固有频率和模态,然后用基于模态叠加法的谱分析法求出平台结构和桩腿各部位的最大位移和应力反应。最后给出了该平台结构在30m和50m水深海域、桩腿为插桩式和沉垫式两种固定型式下的计算结果和比较。     

自升式平台的非线性随机波浪载荷响应

本文对受随机波浪载荷的自升式平台结构非线性随机响应,在时域内作了动态分析。分析中考虑了平台桩腿与海底间的相互作用,用随机模拟的方法产生随机波浪外载荷,并考虑了Morison 力中的非线性,在时域内采用 FFT 法进行了动态响应计算。给出了自升式平台 Dyvi-Gama 在随机波浪载荷作用下的非线性随机响应的极值响应结果,并对所得极值作了若干随机分布分析,指出在所分析的结构响应中考虑非线性因素的情况下,几种分布中,唯有冈贝尔(Gumbel)分布较好地描述了其极值分布特征。     

复杂土层中自升式平台桩靴安装穿刺预测

由于复杂海洋工程地质条件的普遍性,自升式平台在安装过程中穿刺事故频发,近年来涌现出大量针对自升式平台桩靴基础在复杂土层中穿刺预测方法的研究。为了方便工程设计人员的理解和使用,首先简单介绍这些研究中所采用的技术手段,总结现行规范ISO 19905-1建议的桩靴在复杂土层中贯入阻力的预测方法以及最新文献中提出的新的设计方法,并对规范方法和新方法的优缺点进行了评价。所总结的设计方法针对国内外常见的含穿刺风险的海洋地基形式,包括双层"砂—黏"、三层"硬—软—硬"黏性土、三层"软—硬—软"黏性土、三层"黏—砂—黏"地层以及四层"黏—砂—黏—硬层土"地层。通过对离心机模型试验的预测,对规范方法和新方法的预测精度进行了比较,对比结果显示新方法对桩靴穿刺破坏的预测更为合理精确。     

基于三维约束NewWave理论的自升式钻井平台动力响应分析

以某122 m自升式钻井平台为分析对象,建立其有限元模型,包括材料非线性、几何非线性以及桩土非线性相互作用,在风浪流作用下,基于三维约束New Wave理论对自升式钻井平台的动态响应进行分析,研究海洋波浪方向传播特性和随机特性对平台动力响应的影响。在建立模型中实现风暴工况下水面高程和水粒子运动的描述,响应结果按甲板位移进行对比。结果表明,相比其它波浪理论,三维约束New Wave理论在平台动力响应分析中体现了一定的优越性,不仅能较准确地反映波浪的真实特性,而且能确保结构性能评估的安全性和合理性。     

碰撞条件下高弹模CFRP加固自升式平台桩腿性能分析

由于腐蚀、海生物附着等因素导致老龄化海洋平台在与船舶碰撞的事故作用下,桩腿变形加大,降低了承载性能。为减少碰撞对桩腿的损伤,提高其耐撞性能,提出了利用吸收能力较强的高弹模CFRP材料加固平台桩腿的方法。以某自升式海洋平台桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴高弹模CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证高弹模CFRP加固方法,提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;粘贴2层CFRP布后,桩腿吸能下降56.3%,极值应力下降了14.7%;粘贴CFRP板后,桩腿吸能下降70.68%,桩腿的极值应力下降57.36%。     

黏土地基上海洋平台桩靴峰值阻力上限分析

在自升式平台的预压载过程中，桩靴在层状地基上较易发生“穿刺”现象，很大程度上影响着平台的安全运行。准确地分析桩靴峰值阻力，避免平台桩靴发生“穿刺”是非常重要的。采用极限分析上限定理，合理构建运动许可速度场，从理论上推导了层状地基上桩靴峰值阻力的上限解答。为了进一步验证峰值阻力理论解答的准确性，采用ABAQUS有限元软件构建了“桩靴—弹塑性海床”的三维数值模型，对桩靴贯入海床的过程进行了数值模拟，分析桩靴周围土体的塑性变形演变规律，研究土体的破坏机理。研究结果表明：推导的桩靴峰值阻力上限解答，能够较好地计算层状地基极限承载能力，通过与离心机试验和数值结果对比，计算误差在18%以内；给出的运动许可速度场能够较好地反映桩靴周围土体破坏模式；桩靴阻力达到峰值时，下层软土中的土塞高度约为桩靴直径的0.2倍。     

基于数据库的钻井平台插桩就位预测系统设计与实现

为满足海上自升式钻井平台的合理选型,设计制作了钻井平台插桩就位预测系统。该系统实现了海底地质构造成分、周围管线电缆信息、就位处老桩靴印影响、对接生产平台结构布置等数据信息的统一管理,并结合钻井平台插桩就位的工作经验,将钻井平台选型及就位方案设计过程规范化、模型化。通过对数据库的不断完善和应用,完成钻井平台、生产平台、海底地质资料的存储、管理及应用。