埕岛油田服役中后期海洋平台冰激振动疲劳分析

对埕岛油田服役中后期的海洋平台在动冰力作用下的疲劳强度进行了计算分析,以保证海洋平台在服役期间的结构安全.依据Maattanen自激振动冰力模型,分析了平台结构产生冰激自激振动的条件;基于SACS程序建立了现役在位平台有限元计算模型,进行了平台的冰激振动疲劳分析;探讨了海冰自激冰力和结构振动的响应特性,并比较了平台在不同冰况下的动力响应.结果表明,当海冰引起自激振动时平台结构响应显著增大.最后通过疲劳分析得出平台在服役中后期冰激动载荷下强度满足要求.     

海洋导管架在复杂载荷作用下的动态响应

研究了海洋导管架自由振动及复杂载荷作用下的动力学行为。利用ANSYS软件建立海洋导管架平台三维模型,针对海洋导管架的结构及栽荷特点,将导管架结构离散成空间梁和板有限元单元结构,采用结构模态分析和瞬态完全法,编程计算了平台结构在波浪载荷及冰载荷作用下的动力相应,给出了其自振频率和谐响应,绘制了海洋导管架不同部位的变形随载荷参数变化的特性曲线。结果表明,由于海洋导管架所处工作环境特殊,对其进行静动态校核,甚至疲劳分析是非常必要的。     

海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法验证

以JZ 20-2北高点海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法为基础,在同等冰力工况作用下,检验此设计方法在对应不同海洋平台刚度下动力响应降低的有效性,结果证明:海洋平台在某一刚度范围内时摇摆柱能有效发挥减振作用。在此刚度范围内,以渤海JZ 20-2MUQ平台为基础,依据JZ 20-2北高点海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法设计摇摆柱及连接杆,利用有限元软件ANSYS计算分析JZ 20-2MUQ海洋平台-摇摆柱结构体系在冰力荷载下的动力响应,结果发现此结构体系减振效果明显,证明了该设计方法对渤海湾导管架式海洋平台是有效的。     

正压冲固基础海洋平台冰激振动动力响应

正压冲固基础海洋平台是一种新型平台桩基结构形式。采用三维有限元的数值分析方法,建立了正压冲固平台的三维有限元模型。基于冰激强迫振动理论提出动冰载荷的计算方法,根据海冰破碎长度和冰速确定冰载周期,冰强度限制的水平冰力作为冰力峰值,得到的动冰载荷用于正压冲固平台的动力响应分析,并依照规范计算了6倍桩径处刚性固定时的动力响应。三维有限元方法计算得到的动力响应大于6倍桩径刚性固定时的计算结果,结构安全性评估偏于安全。     

海洋平台分布式动力吸振

针对螺旋桨激励引起的海洋平台上层建筑低频线谱振动问题,基于动力吸振理论,开展海洋平台分布式动力吸振研究。建立四自由度主从耦合动力吸振模型,分析动力吸振器吸振性能随布放位置的变化规律;研究分布式动力吸振器数量和布放方案对板架结构减振效果的影响;以某海洋平台为例,开展分布式动力吸振的应用研究,降低海洋平台上层建筑区域的振动响应。研究表明：当动力吸振器总质量不变时,吸振器布放位置对减振效果影响较大;当分布式动力吸振器质量分配合理时,其减振效果优于单点动力吸振器。     

极限波浪作用下半潜式平台水动力特性

针对在极限波浪作用下的半潜式海洋平台的水动力特性,采用基于边界元法的AQWA水动力学软件对其进行数值模拟研究。建立某半潜式海洋钻井平台的三维水动力频域分析模型,通过数值计算得到平台的附加质量、辐射阻尼和运动响应;通过Cumins法将频域计算结果转换引入时域分析模块,建立平台的三维水动力时域分析模型,计算平台在工作和自存工况下的时域水动力响应,并将低频响应与波频响应进行对比,同时计算与校核在两种工况下的系泊绳系泊力,并由此优化设计确定平台的系泊系统;采用确定性设计波法确定在不同工况下的设计波,通过接口命令流将波浪载荷映射在平台整体结构上,由此可以得到平台在不同工况下的波浪载荷;给出半潜式海洋平台水动力计算及分析的系统性方法及实例,对半潜式海洋平台初步方案设计具有一定的参考价值。     

腐蚀损伤下海洋平台动力响应研究

基于线性莫里森方程和随机波浪理论,建立了随机波浪载荷计算方法,以此分析极端海况下极值波浪力的统计特性。以墨西哥湾某海域一导管架海洋平台为算例,建立有限元腐蚀模型,分别计算平台在极值随机波浪载荷作用下的动力响应。将无腐蚀和腐蚀两种状态下的动力响应对比分析,计算结果显示,腐蚀损伤对动力响应的影响较明显,相同载荷作用下动力响应随腐蚀厚度呈线性变化。     

基于相似模型的导管架平台波浪载荷数值模拟

为确保海洋平台在海浪环境下的安全生产,研究波浪载荷的数值模拟方法及波流耦合作用下平台结构的静动力响应。以导管架平台相似模型为例,应用有限元法,根据5阶Stokes波浪理论,对平台在波浪载荷作用下的静动力响应进行了数值建模和仿真分析。结果表明:在波浪载荷作用下,平台结构产生类周期往复运动,周期与波浪周期基本一致;平台不同位置的响应值不同,从泥线至平台顶端,响应值逐渐增大;平台甲板结构变形明显,最大应力出现在桩腿底部位置。为实际工程应用和安全诊断提供参考。     

冰载荷作用下半潜式平台动力定位能力分析

为分析半潜式平台在冰和风浪流共同作用下的动力定位能力,使用有限元软件LS-DYNA建立冰载荷数值模型,以半潜式平台为对象,得到不同迎冰角下的冰力时程曲线。基于自主开发的动力定位能力分析程序,将冰载荷纳入环境载荷进行计算并绘制平台在碎冰区的动力定位能力曲线。观察平台在工作海况下的作业窗口,发现碎冰场的冰载荷对平台的动力定位能力有较大影响,尤其当艏向在[30°,60°]时影响最明显。结合推进器失效工况对平台动力定位能力进行评估,提出平台遭遇碎冰场时的动力定位方案和对推进系统设计的建议。     

自升式海洋平台升降作业刚柔耦合动力学特性

考虑桩腿柔性对自升式海洋平台升降作业的影响,系统开展平台整体升降动力学研究。针对桁架式和壳体式桩腿两种类型平台分别建立其刚柔耦合虚拟样机,在考虑各阶模态对结构动力响应影响权重基础上,采用DC增益模态截断法研究模型简化方法。研究齿轮齿条接触动力响应及各齿轮间载荷特征时变规律,揭示平台动力性能对桩腿柔性的敏感程度,进一步集成升降控制、监测系统搭建平台升降实验系统,开展穿刺应急工况平台升降动力性能实验验证研究。研究结果表明：刚柔耦合简化模型在确保分析精度基础上可有效提高计算效率,且能准确反映应急升降工况下平台动力学特性;桩腿柔性影响不同升降位置齿轮齿条接触力时变规律及载荷分配差异性,且对壳体式桩腿的影响程度要高于桁架式桩腿。     

新型北极冰区半潜式钻井平台及其系泊定位能力分析

为降低北极海上油气勘探开发成本,迫切需要适合北极作业的海洋工程装备。针对这一问题提出一种可以用于北极海上钻井作业的新型半潜式钻井平台概念。该平台采用6立柱双浮筒形式,平台立柱上部设计为倾斜形式以降低作用在平台上的冰载荷。为保证破碎后的海冰不影响钻井作业,平台设计立管防护装置和锚链防冰装置。分别对平台设计条件、主尺度、系泊系统设计情况进行介绍,并采用商业分析软件对平台在夏季和有冰季节的系泊定位能力进行分析。分析结果表明：该半潜式钻井平台可在北极夏季开阔水域和冬季海面结冰情况下进行钻井作业;平台可在1.0 m厚的海冰作用下保持作业能力,在1.5 m厚的海冰作用下保持自存能力;平台系泊定位能力满足北极钻井作业的要求。     

冰振下海洋平台上部天然气管线振动分析

渤海辽东湾的导管架平台在海冰作用下会产生比较剧烈的振动。冰激振动除了可引起导管架结构的疲劳破坏，还会引起平台上部管线的疲劳破坏与法兰的松动，因而有必要分析平台在冰振作用下的上部天然气管线振动问题。为此，基于现场监测，建立了管线系统振动力学模型，并采用有限元数值模拟的方法，考虑了管系的复杂支撑、管件、管系设备等因素对管系的影响，计算出冰振下JZ202平台上部主要天然气管系的模态、位移、转角响应及动应力幅值。结果表明，冰振对天然气管线的动态响应有重要的影响，在冰区海洋平台上部管道设计时必须加以考虑，并提出了提高管系抗振的措施。     

导管架平台冰激振动响应分析

根据导管架平台的结构特点，建立了导管架平台有限元模型。对其进行模态分析，获得前3阶固有频率和模态振型，计算结果与实测结果相符合，表明导管架平台的有限元模型是准确的。在此基础上，对导管架平台施加风、海流静载荷及动冰载荷，进行导管架平台的动力响应分析，获得了导管架平台各个关键点的位移和加速度响应曲线。     

海洋平台含裂纹管节点CFRP修复效果仿真研究

以某冰区海洋导管架平台为研究对象,提出基于子模型技术的应力强度因子计算公式和步骤;建立了含裂纹管节点的有限元模型;提出用4种不同厚度的碳纤维增强复合材料(CFRP)片修复含裂纹管节点的有限元模型,并对修复效果进行了仿真分析与评估。仿真研究得出如下结论:(1)采用CFRP片修复平台含裂纹的管节点,裂纹尖端的应力强度因子以及平台管节点极限冰载荷都有较大变化,当CFRP片厚度为3mm时,等效应力强度因子减小58.01%以上,极限冰载荷增加95.83%,而当CFRP片厚度为6mm时,等效应力强度因子减小66.68%,极限冰载荷增加134.70%;(2)随着CFRP片厚度的增加,应力强度因子的减小,使胶层力学性能成为影响CFRP片修复平台管节点裂纹的一个"瓶颈"。     

海冰与极地钻井立管相互作用数值模拟

明确典型极地半潜式平台钻井立管结构的基本力学特征,采用海冰离散元软件分析慢、中、快冰速下不同水平刚度立管所受的冰载荷及海冰破碎特性。结合已有的柔性窄结构冰载荷模型,发现所研究模型在慢冰速和快冰速下适用于极地钻井立管,但冰速条件不一致。基于ANSYS软件对立管的抗冰性能进行数值模拟,结果表明立管的抗冰性能较差,需要采取抗冰措施。     

高桩承台式海上风电基础冰载荷模型试验

通过物理模型试验的方法,观测海冰与高桩承台式海上风电基础的相互作用进程,测定不同冰速和冰攻角下基础结构所受的冰力时程,并对结果进行分析与讨论。结果显示,靠船构件与冰排的先期作用致使冰排累积了一定程度和范围的损伤,有利于减小基础结构所受的冰力极值。该研究成果对高桩承台式海上风电基础结构在寒区海域的工程应用具有一定的借鉴意义。     

有无正倒三角形结构平台的动态分析对比

针对严寒地区海冰对海洋导管架平台结构冲击造成的危害,提出一种新型抗冰正倒三角形简易导管架平台。这种平台由正三角形抗冰结构、倒三角形抗冰结构、铁皮、保护桩、主导管架和支撑桩组成。应用SACS计算软件,采用Maattanen的自激振动理论模型对新型葵花101平台和旧平台的动态响应、基底剪力和力矩等性能数据做了模拟对比分析。分析结果表明,新型正倒三角形结构是一种较好的抗冰结构形式,可有效地防止冰力对平台的冲击,保护平台的安全。     

海洋平台往复式压缩机橇振动分析边界选取的探讨

以某海洋平台往复式压缩机组为例,通过ANSYS软件对比分析往复式压缩机橇不同约束边界条件下振动响应。分析结果表明:在以海洋平台组块腿为边界基准,以海洋平台立柱为边界,其振动分析结果误差较小,且计算量较小,可为海洋平台往复式压缩机橇振动分析边界的选取提供参考。     

亚极地海域油气田开发方式的选择

俄罗斯远东萨哈林岛大陆架上油气资源丰富,由于地处亚极地海域冬季海冰严重,年冰期在180 d 以上,单层冰厚可达1 m;并且萨哈林岛还处于多个地质板块的交汇处,地震灾害频繁,区域内海上油气田开发难度很大。针对当地不同的油气田,选择一种适合其特点的开发方式非常关键。通过对该海域已有几个油气田开发实践的分析,总结出了针对亚极地海域不同条件下油气田开发方式的选择依据,并对各开发方式下的单井成本进行了比较,推荐了该区域WEINI 凝析气田较理想的开发方案。这种亚极地海域油气田开发方式的选择方法,较全面地考虑了亚极地海域的环境因素,在现实中可以帮助作业者快速有效地做出决策。