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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

自升式平台桩基土体变形规律与破坏机理分析

研究自升式平台桩基土体的变形规律与失稳机理,对合理评价平台桩基的稳定性具有十分重要的意义。本文基于Galerkin数值分析方法,采用网格重绘与插值技术,利用Abaqus/Stand的牛顿求解方法对平台插桩过程进行大变形分析,较为准确地研究了边界非线性对土体变形规律与破坏机理的影响。通过Abaqus二次开发接口,合理地模拟了桩土界面摩擦特性,以及海床土层剪切强度沿深度非均匀变化特性对海床极限承载能力和破坏机理的影响。揭示了插桩过程中桩周土体的变形规律与失稳模式,给出了插桩入泥深度与极限承载力曲线,并将计算结果同Skempton、Hansen等计算公式进行了合理对比。结果表明:本文给出的桩基土体变形规律与破坏机理,能够较为合理地揭示自升式平台插桩过程中海床土体的大变形特性,以及较为合理地评估自升式平台桩基极限承载能力。     

老龄自升式平台极限承载能力与体系可靠性分析

通过海洋平台桩-土非线性弹簧模型的研究,结合桩基荷载-位移数据计算程序的编制,为工程实际应用提供简便可靠的方法。对某自升式钻井平台在完好状态和受损状态下的极限承载能力作了对比研究,通过逐级增加载荷的方法,基于精确计算模型对平台结构进行非线性分析,具体依据载荷类型、载荷作用力方向等,得到12种计算工况,研究老龄平台在受损状态下对强度储备的影响,并评估其安全状况。考虑外界荷载的随机性和不确定性,基于极限承载能力分析,采用等效荷载法,运用JC法进行平台体系可靠性计算,分析完好平台与老龄平台的结构体系可靠性,并作对比研究。     

当今国际自升式钻井平台设计与建造市场的竞争态势

根据近20年来自升式钻井平台的建造情况,分析了主流平台型号与市场需求,对比企业集团的竞争力,展望中国海工企业自升式钻井平台总包技术的发展趋势。     

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。     

自升式平台穿刺计算方法探讨

自升式平台的穿刺会对平台结构或桩腿造成不同程度的损伤,因此非常有必要对作业井位进行插桩穿刺安全性评估。在总结国内外穿刺计算方法的基础上,首先分析了接近穿刺状态下上覆砂层的抗剪切能力,对桩基承载力公式进行了修正;然后对穿刺安全系数进行了探讨,推荐了平台作业期处于台风季时采用的安全系数;最后提出了更完善的穿刺分析和作业流程,并以HYSY9××平台在某井位插桩计算为例验证了所提出的方法。     

自升式海洋平台关键部位MMM与ACFM联合检测

针对传统无损检测方法对自升式海洋平台检测工作量大、费时费力等问题,提出了一种金属磁记忆(MMM)与交流电磁场(ACFM)联合检测的新方法。在简介MMM和ACFM检测机理之后,将其应用到自升式海洋平台关键部位的无损检测中。分别以齿条座板与桩腿之间的T型焊缝和桩腿环焊缝为例,首先通过MMM快速全面扫描待检测表面,基于磁场分布及梯度值确定应力集中部位;在此基础上,利用ACFM方法重点对应力集中部位进行裂纹缺陷的定量化检测,结果表明MMM对应力集中或微观缺陷非常敏感,而ACFM方法可精确给出裂纹缺陷的深度信息,为平台结构的安全可靠运行和维修方案制定提供了方法参考和理论依据。     

自升式平台水平偏移的数值模拟方法研究

自升式平台的水平偏移会增加作业难度,严重时降低平台的坐底稳定性。基于平台主体发生水平偏移U的原因,将水平偏移分成三部分:桩腿弯曲引起的水平偏移Ub,桩靴转动引起的水平偏移Ur以及桩靴平移引起的水平偏移Ud。利用有限元软件ABAQUS建立圆柱腿自升式平台-地基耦合模型,考虑桩土之间法向挤压、切向摩擦的接触关系,利用Coulomb定律计算摩擦力。利用子程序DLOAD实现波浪力的加载,波浪采用Airy波模型。针对桩周无回填土体、桩周土体未完全固结以及固结完成三个阶段,探究桩靴直径、回填土强度、以及埋置深度对U,Ud和Ub的影响。并与中国船级社《海上移动平台入级与建造规范》(2005)中推荐的方法进行对比。最后给出了相关的结论。     

半潜式平台结构分析中波浪理论的选择问题

设计各种活动式钻井站(如坐底式、自升式、半潜式钻井平台)和其它各种海洋工程结构时,为了计算波浪载荷,都要根据作业区的水深选用认为合适的波浪理论,借以计算波内水质点的速度和加速度.本文从工程应用的角度,对半潜式平台结构分析时关于波浪理论的选择问题进行了探讨,还对司托克斯五阶理论的实际应用作了简要的介绍.     

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%。