半潜平台立柱与浮筒中部不同形式连接节点疲劳寿命分析

为了研究半潜式平台的立柱与浮筒中纵舱壁连接节点出现焊缝开裂这种疲劳失效现象,利用简化疲劳方法以及三维细化有限元模型,对目前主流平台中所采用两种不同的立柱与浮筒中纵舱壁连接节点形式进行了疲劳寿命评估与分析。首先从结构刚度分配角度,平均应力效应角度分析疲劳裂纹产生的原因;然后利用疲劳分析结果评估不同连接节点对整个平台结构可靠性的影响;最后,基于结构力学性能和刚度匹配角度分析两种节点形式的优劣,确定最优节点设计方案。     

基于S-N曲线的深水半潜平台疲劳寿命分析

深水半潜平台工作环境恶劣,造价成本高,为保证安全工作,有必要对其进行疲劳寿命分析。首先利用SESAM软件建立目标平台整体模型并分析总体结构响应。然后根据平台总体结构响应计算结果,选取立柱与横撑连接处、立柱外板与上甲板连接处两个关键节点,建立关键节点有限元模型,计算其热点应力。最后采用S-N曲线分析该平台在中国南海环境条件下的疲劳寿命。分析结果显示该平台疲劳寿命符合规范要求,但立柱与横撑连接处的疲劳寿命偏低,应加强日常检修和维护。     

半潜式平台垂荡响应抑制措施研究

半潜式平台垂荡响应较大,对生产平台立管和采油树系统的选择、钻井平台钻杆升沉补偿装置等提出更高要求,增大了作业和维护成本。针对这一问题,在传统结构基础上提出了三种新的结构概念:1)在浮筒底部加垂荡板;2)沿立柱外延加垂荡板;3)改变立柱为变截面结构。通过数值分析对各平台模型水动力性能进行比较,结果表明,各新型结构对半潜式平台垂荡起到一定程度的抑制效果。由于在浮筒底部加垂荡板的方案效果比较突出,对该方案进一步做了优化和改进工作,并对平台在南海百年一遇波浪环境条件下的垂荡响应概率密度函数和响应极值进行了预报和对比研究。     

基于非线性数学模型的半潜式平台共振运动特性研究

共振运动是深海浮式平台设计的关键考虑因素之一,对海洋平台的作业具有重要影响。采用半潜式平台运动的非线性耦合数学模型,考虑浮筒和横撑出入水以及垂荡、横摇和纵摇运动耦合对平台浮力和恢复力的影响,研究半潜式平台非线性共振运动特性,以及不规则波浪参数对运动的影响。研究表明:在非线性耦合运动和浮力变化的影响下,半潜式平台纵摇和垂荡运动的固有周期会随运动幅值的增大而逐渐减小,且最终趋于稳定,对纵摇运动周期的影响更为显著;非线性效应会使半潜式平台产生显著的低频纵摇共振响应,以及共振频率漂移的现象,且受随机种子和波浪周期的影响较小。     

基于并行计算的海洋平台谱分析疲劳筛选技术研究

为了得到海洋平台疲劳失效风险最大的焊接区域,提出了以有限元网格单元应力为基础的谱分析筛选方法,并开发了程序。程序采用并行计算架构,单次完成数万个单元的累积损伤度/疲劳寿命计算,并通过有限元软件以云图方式显示疲劳寿命。采用该程序计算双浮筒半潜式平台的疲劳寿命。结果表明,该型平台疲劳失效风险较高的区域为立柱与上壳体下浮体连接对角线转角区域、浮筒中纵舱壁与立柱连接区域。并行计算方法的引入,大大缩减疲劳损伤度计算的分析时间,采用22核心的CPU,时间缩短为原来的1/18.5,17小时完成全平台外壳单元谱分析计算。     

两型半潜式平台波浪作用下载荷敏感性研究

为探究半潜式平台在波浪作用下的载荷敏感特性,根据频域计算得到的水动力衍射/辐射结果,将动水压力作为输入项,利用ANSYS软件进行两型半潜式平台对波浪载荷的敏感性分析。以此对比两型平台响应特性,确定危险工况,并为平台整体结构设计提供参考。其中A型平台为柱稳式半潜平台,B型平台以A型平台为母型进行了水动力性能优化,以适用于北海海域作业环境。研究发现:两型平台的应变均在弹性形变范围内;两型平台会在相似位置处出现较大的等效弹性应力和应变分布,但相比于母型平台A,B型平台在立柱与浮体连接处也存在明显的高应力区;各波浪入射角度下,两型平台的入射波浪最危险周期不同,且存在B型平台响应大于A型平台响应的工况,因此基于水动力性能改进的B型平台,结构上可能存在不足。     

新型干树式半潜平台浮体结构设计研究

为适应中国南海深水区域的油气田开发,研发出了一种具有渐变式立柱的深吃水干树式半潜钻井/生产平台(TCDDSemi)。平台的浮体采用了深吃水、变截面长立柱构型,即向底部逐渐扩大的渐变截面形式。结合干树式深吃水半潜平台的研发过程,通过采用压缩空气压载系统、全注水下浮体、压缩空气水密检测以及水密面板的三级正交加强筋设计等新兴技术,极大地提高了钢材的利用效率,达到了节省材料、减轻浮体自重的目的。对浮体的有限元(FEM)整体分析结果表明,浮体结构设计满足各工况强度要求。     

Truss Spar平台在浮卸作业过程中结构强度分析

在桁架式深吃水立柱式平台(Truss Spar)运输作业的浮卸过程中,半潜驳船不断压载下潜直到Truss Spar平台自浮后拖离驳船。针对浮卸作业的双浮体状态,提出Truss Spar平台在与半潜驳船发生接触情况下的载荷计算方案并进行结构应力水平评估。基于三维势流理论及SESAM软件,考虑平台及半潜驳船双浮体之间的水动力相互影响,首先对双浮体系统进行频域下求解,得到波浪诱导载荷;然后在时域下求解波浪中双浮体的运动方程及产生的接触力;最后将这两种载荷下的结构强度分析结果进行线性叠加,得到Truss Spar平台在波浪诱导载荷及接触力联合作用下结构应力水平。对比不同波浪方向及周期下的接触力结果,研究Spar平台结构整体应力水平及高应力区域位置特点,对总体强度水平进行评估。     

中海油服已具备半潜式钻井平台深海钻井能力

中海油服有限公司的Atlantis人工海底深水钻井专利技术近日在中国南海大陆架成功完成全面测试。这标志着中海油服已具备利用半潜式钻井平台进行深海钻井作业的技术能力。Atlantis技术的原理是在水下约250--400m的深处放置一个浮筒用以安放井口和防喷器,再通过回接管把浮筒与海底井口相连接,并与半潜式钻井平台相配合,能够使半潜式平台到更深的海域作业。     

半潜式平台结构整体可靠性分析方法

针对海洋环境中的半潜式平台多方面不确定性,基于半潜式平台结构整体强度分析方法,考虑多种波浪荷载作用的结构响应,采用非线性逐步垮塌分析方法,研究平台在不同控制工况下的极限承载力模型,建立相应的功能函数.根据结构体系可靠度理论和失效模式之间的关系,采用串联体系的可靠度计算方法.最后,对一座具体半潜式平台在100年重现期波浪荷载作用下进行了体系可靠性计算.计算结果表明平台整体可靠度水平由波浪引起的主要结构响应形式决定.通过计算,验证可靠度计算方法具有高效性和可行性,可以为大型深水浮式平台结构的设计、维护和评估提供理论依据.     

一种新型干树式半潜平台设计

开发了一种新型的深吃水干树式半潜生产平台(TCDD-Semi),该平台可用于中国南海深水区域的油气田开发。它的一个显著特点是立柱的截面形状呈现为渐变形式,而非传统的等截面形式。立柱的底部最大,向上逐渐变小,再结合适当的下浮体设计,能够为平台在服役前期及在位状态时提供足够的浮力以及稳性。最重要的是这种新型立柱的设计能够明显地减小平台在恶劣海况时的垂向运动,从而使在平台上布置具有干式采油树的TTR立管系统成为可能。此外,这种渐变式的立柱设计也有利于减弱平台在流作用下的涡激诱导运动(VIM)。分析结果表明这种渐变式立柱半潜平台可以明显降低平台的垂向运动,也可以在码头组装时提供足够的浮力以及在平台下沉过程中提供足够的稳性。平台优越的垂向运动性能可以使顶部张紧式立管的行程范围限制在10.5 m之内(包括平台偏移、垂荡运动、潮汐影响、海床沉降、热膨胀等因素)。分析结果表明平台的垂荡范围、水平偏移、倾侧角度、上部模块重心处的加速度等可以满足设计要求,证明了这种新型干树式半潜平台的可行性。     

考虑翘曲应力的半潜平台扭转极限强度计算方法研究

半潜平台由于结构和受力复杂,目前主要采用非线性有限元整体模型计算其扭转极限承载力,存在建模和计算时间较长、精度较差和不易收敛等问题。一方面进行半潜平台的整体有限元模型的简化研究,提高其计算效率和收敛性;另一方面基于薄壁杆件理论,将该半潜平台截面简化为单壁室截面计算其翘曲应力,提出了基于一跨模型且考虑翘曲应力影响的半潜平台约束扭转极限强度计算的简化增量迭代方法,并编制了相应的计算程序。计算结果表明,所提简化增量迭代方法计算精度较高,能很好地反应翘曲应力对半潜平台约束扭转极限强度的影响,大幅减少了计算约束扭转极限强度的时间,可用于半潜平台的设计。     

半潜式海洋甲板驳的设计探讨

半潜式海洋甲板驳是近年来发展起来的一种新型船舶,它主要采用浮上—浮下方式进行装卸作业,可用于运输沉船,打捞救助辅助作业以及运输各种中小型船舶和大型结构物,如挖泥船,钻井平台等。本文结合某半潜式海洋甲板驳的设计,详细探讨了该船型的设计特点,基本要求以及设计方法,並给出了一些近似估算公式,供选择主尺度的参数使用。     

基于谱分析法的超大型浮体疲劳强度分析

运用ANSYS/AQWA对某超大型浮体平台进行水动力响应计算和结构响应分析,在此基础上选择3个典型疲劳热点区域建立有限元子模型,求出各区域的热点应力传递函数。依据谱分析法的疲劳计算流程对危险节点进行疲劳分析,计算疲劳损伤和寿命。分析结果表明,横浪时对平台造成的疲劳损伤最大。横撑与下浮体围壁连接处以及立柱外壳与上箱体底板连接处这两处的疲劳寿命不满足设计要求。建议对该结构连接处进行改进或重新设计。     

半潜式钻井平台浮箱表面裂纹前沿断裂参量和临界状态评估研究

对于半潜式钻井平台浮箱,裂纹的扩展不仅影响结构的水密性甚至可能对结构的安全产生巨大威胁,并直接决定平台的整体使用寿命。以南海某平台为研究对象,对浮箱板壳椭圆形表面裂纹前沿应力强度因子的分布规律,以及裂纹形状系数对裂纹前沿应力强度因子分布规律的影响等进行了研究。在此基础上,基于BS7910规范中‘合于使用’原则,对裂纹的临界状态进行了分析和评定,为海洋环境条件下半潜式钻井平台浮箱表面裂纹的极限尺寸研究提供了一种科学的方法。     

张力腿平台局部节点强度可靠度分析方法

局部节点可靠度分析对张力腿平台(TLP)整体安全性评估具有重要意义。提出了一个TLP平台局部节点可靠度的分析方法,首先对TLP平台整体进行分析,统计局部节点各种失效模式并得到典型失效模式及对应的典型荷载工况;然后应用改进的子模型技术对TLP平台局部节点进行极限承载能力分析,确定了局部节点在典型荷载工况下的极限承载力;对局部节点极限承载力及南海某区域的波浪荷载进行统计分析,得到其概率统计特性;在此基础上计算了TLP平台局部节点对应典型失效模式下的可靠度指标。通过算例分析表明,该TLP平台各节点可靠度指标值均大于3.1;立柱与浮箱连接节点在不同荷载工况下失效模式不同,而立柱与甲板连接节点易发生管交汇处剪切破坏。为TLP平台的安全性评估提供了一种有效的分析方法,具有一定的理论价值及实用价值。     

基于谱分析法的深水半潜式平台疲劳强度分析

以某新型深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算单位波幅下波浪诱导载荷,通过建立三维有限元模型计算完成了热点应力响应。运用热点应力的谱分析法计算得到危险节点的疲劳寿命,并进一步分析了各个短期海况和不同浪向对节点总的疲劳损伤度的贡献。研究结果表明,危险节点的疲劳寿命都满足设计寿命要求;在各种中低海况下,疲劳损伤主要来自于平均跨零周期在6 s附近,有义波高转大的短期海况;平台关键连接部位的疲劳损伤主要是在横浪和斜浪状态下产生的,并且对某单一方向的波浪非常敏感。此研究对该类型平台的连接处结构设计和疲劳分析方法有参考意义。     

我国第一艘半潜式海洋石油钻井船“勘探三”号即将出海试航、试钻

我国第一艘半潜式海洋石油钻井船“勘探三”号,最近在上海造船厂整体安装成功,不久即将出海试航、试钻。“勘探三”号钻井船,总长度91米、宽71米、高100米,工作排水量两万吨以上。钻井船上面是一个足球场大小的钻井平台,下面为两个潜艇式形状的沉垫,中间用六根直径为9米、高24米的大立柱将平台和沉垫联成一体,从沉垫底部到平台甲板的高度相当于一座十二层大楼。 半潜式海洋石油钻井船“勘探三”号体积庞大、结构复杂、设备特殊、质量要求和技术难     

不同构型的超大型浮式结构物水动力分析和波浪载荷预报

超大型浮式结构物是一种新型海上结构,浮体结构的不同构型对水动力性能有着较大的影响,而合理可靠地预报波浪载荷是保证海洋结构物设计合理和安全运营的基本前提。基于设计波法,采用莫里森公式和势流理论相结合的方法,对纵向浮筒和横向浮筒两种不同构型的超大型浮式结构物进行水动力分析和波浪载荷长期预报并进行对比分析。研究结果表明:横向浮筒超大型浮体纵荡运动相应幅值比纵向浮筒超大型浮体小很多;纵向扭转为纵向浮筒和横向浮筒超大型浮体最危险工况,其次是垂向弯矩工况;且横向浮筒超大型浮体的垂向弯矩也是较危险的工况。分析结果可为超大型海上浮式结构物的结构设计提供相关合理可靠的理论依据。     

海上风电半潜式基础初步选型Pareto-Optimal评价

针对半潜漂浮式风电基础初步选型,采用Pareto-Optimal评价方法对不同吃水、平台立柱直径、立柱间距和垂荡板直径四个参数的不同组合进行分析比较。基于浮体动力学频域计算方法,采用我国阳江某海域极限波浪条件计算得到叶轮中心水平加速度,同时考虑完整稳性的计算结果。对比分析表明平台吃水和立柱直径宜选择适中的取值,较大的排水量和立柱总体积并不会显著减小叶轮中心水平加速度。垂荡板对于改善平台整体性能是较为敏感的,垂荡板与立柱的直径比存在一定的最佳范围。平台立柱间距是影响平台运动性能最大的因素,增大立柱间距可以有效地降低叶轮中心水平加速度,但立柱间距的增大对立柱间的撑杆结构强度以及平台整体的建造和下水提出了较大的挑战。