考虑海底接触的钢悬链式立管静力学行为

基于考虑海底接触的钢悬链式立管(Steel Catenary Riser,SCR)的结构特性,采用考虑管土分离的线性截断模型对p-y曲线进行描述。通过在立管顶端施加固定的水平位移模拟上端浮体的水平漂移,分别研究立管外径、立管壁厚、管内流体介质以及海流流速的变化对立管位移响应以及等效应力的影响。分析结果表明:立管位移响应随着壁厚和内部流体密度的增加呈下降趋势,随着海流流速的增加呈上升趋势,但外径变化对立管位移响应的影响却不显著。触地点处的等效应力发生了剧烈变化,从触地点到悬挂点,立管所受等效应力呈振荡波形,峰值整体呈上升趋势,波峰之间的间距逐渐增大。立管位移响应主要受立管壁厚、内部流体密度以及海流流速的影响,而立管等效应力主要受立管内部流体密度和海流流速的影响。     

自升式平台桩靴承载力研究

自升式平台应用日益广泛,如何预估地基土的承载力以使平台安全作业,是需要解决的关键问题。研究了ABAQUS中土的弹塑性模型及进行数值模拟的条件等内容,应用土力学理论和有限元数值模拟两种方法,对自升式平台桩靴所受的垂向作用力进行对比分析。采用ABAQUS软件研究桩靴入泥深度和贯入阻力之间的变化规律,讨论了土体参数对桩靴贯入阻力的影响规律,得出具有一定意义的结论。     

基于FPSO运动的多波型立管响应对比

基于最小势能原理建立立管非线性力学模型,应用海洋工程分析软件OrcaFlex进行数值模拟,通过控制变量法分散浮筒的布置位置,建立单波、双波和三波构型立管。考虑浮式生产储泄油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）六自由度响应,对比3种构型立管垂向运动及整体von Mises应力分布,通过比较触地点动态位移判断出具有最优运动隔离效果的立管构型。结果表明：考虑浮体响应后浮筒的分散布置有利于立管垂向速度和加速度的平稳过渡;在3种构型中双波构型对重点位置的张力优化效果最佳、抵抗材料发生屈曲变形的能力最强且该构型隔离浮体运动响应的效果最优。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

黏土中海底管线自沉过程CEL有限元法分析

在深水区域,海底管线常直接铺设到海床之上,使得海管在铺设过程中下沉至泥面以下一定深度。准确预测管线安装后的埋深是评价管线侧向稳定性的关键所在,通过CEL有限元法,对海底管线自沉问题进行研究,得到无重均质黏土和有重正常固结黏土中海管下沉阻力和下沉位移之间的关系。研宛表明,CEL有限元法的计算结果与理论解符合程度较好,对模拟管土相互作用问题有很好的适用性,可有效分析海底管线与土体之间的大变形问题。     

深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究

考虑浮式平台垂荡引起的顶张式立管参数振动对横向振动的影响及立管与流体的流固耦合作用,开展了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合振动分析方法研究,提出了深水顶张式立管参数振动与涡激振动耦合的振动模型。利用耦合振动模型对1 500 m水深的顶张式立管进行了算例分析,结果表明:由平台垂荡引起的立管参数振动加剧了立管横向振动的幅值,并且在同一海流速度下沿不同轴向位置处立管的参数振动对立管横向振动幅值的影响不尽相同,立管的参数振动对顺流向振动幅值的影响大于对横流向振动幅值的影响。     

管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

海底管道侧向屈曲激发设计应用及验证

介绍国内首次进行海底管道侧向屈曲激发的工程设计应用和基于投产后调查的验证及再分析。进行基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制基础。根据铺设后调查,对管道铺设后不直度、沉降值等数据进行分析,发现南海海底管道由孤立波造成的海床沉积物不均匀沉积的直接证据。投产后调查验证了侧向屈曲激发装置的有效性,并根据膨胀、侧向屈曲量进行再分析,验证管-土作用参数。结论对深水高温高压海底管道设计与建设以及管-土作用参数的计算有一定的指导意义。     

孔内深层强夯桩应用于湿陷性黄土地区

孔内深层强夯桩是由孔内夯扩技术制造的,由夯扩挤密桩桩体和桩间被挤密的土体构成复合地基.通过机械成孔时的侧向挤压作用使得桩间土得到第一次挤密,然后将桩孔用合适的散体材料分层投料,以特异型重锤对孔内填料分层夯实及夯扩挤密,使桩体材料侧向挤压地基土,甚至挤入至地基土层中,形成夯填过程中对桩间土的第二次挤密.因本法具有高动能、高压强、强挤密作用,且处理深度大(处理深度20 m左右),在一定程度上改善了桩间土的物理力学性质.由于该工法侧向冲击挤压力较大,可使土层中的软弱地段产生较大的水平向挤密,从而达到桩身在竖向上呈不等径串珠状,使桩体与桩间土镶嵌挤密在一起,桩体具有半刚性、半柔性的特点.     

J-Lay型深水铺管船作业数值分析

以3 000 m J-Lay型深水铺管船作业为研究对象，建立全耦合数值分析模型。通过准静态分析研究立管敏感性参数变化规律，确定铺管作业时最优立管顶端倾角。考虑剖面流、风和波浪综合作用，对不同工况下铺管作业过程进行数值模拟，对铺管作业过程中立管受力特征、顶端固定点运动状态进行预报和研究。研究表明，立管顶端倾斜角度改变对立管最大弯矩有显著影响，顶端倾角范围宜在80°~85°。在风浪流综合作用下，由于横摇与纵摇运动的耦合作用，横浪和尾斜浪向立管顶端最大弯矩显著增大，在作业过程中应引起关注。     

柴达木盆地北部块断带断层控烃作用

柴达木盆地北部块断带断层对油气成藏有控制作用.在剖面上,该区发育3套断层系统,即下部冲断层系统、上部滑脱断层系统和顶部正断层系统.下部冲断层控制烃源岩的分布及深层原生油气藏的形成,上部滑脱断层控制中浅层圈闭和次生油气藏的形成,而顶部正断层对油气藏具有一定的破坏作用.定性分析和定量评价表明,在研究区断层静止期,侧向封闭性由深到浅变好,垂向封闭性由西向东增强;在活动期,断层构成油气垂向运移的关键通道.油气沿断层垂向运移具有上下连通、归一和分隔3种模式,其中上下连通和归一模式的输导能力强,分隔模式的输导能力差.这是造成该区主要构造油气富集程度差异的主要因素.     

深水钻井水下井口稳定性分析

为了对深水钻井水下井口稳定性进行分析,基于土力学理论,利用大型有限元软件ANSYS中管单元和非线性弹簧单元模拟管-土受力与变形过程,对水下井口的横向位移、井口转角以及管身弯矩进行分析。建模时将表层导管与海底浅层土横向及竖向作用简化为管-非线性弹簧模型,导管视作线弹性管,用非线性弹簧来模拟土层的变形特性,通过共用节点实现管单元与非线性弹簧单元连接。分析结果表明,钻井船偏移量相同时,导管的横向偏移、井口转角、管身弯矩都随顶部张力比的增加而增大;钻井船偏移量增大后,高的张力比会急剧增大井口的横向位移、转角和管身最大弯矩,易造成井口侧翻。当钻井船偏移量增大时,建议适当降低隔水管顶部的张力,以降低井口侧翻的风险。     

浮力筒对自由站立式刚性主管轴向振动的影响

复杂的海洋环境易导致自由站立式立管系统浮力筒浮力周期性变化,造成刚性主管轴向振动。当浮力筒运动频率与刚性主管固有频率重合或接近时,系统会发生共振,危及其作业安全。鉴于此,建立刚性主管轴向振动力学模型,运用数值方法求解出刚性主管轴向振动的固有频率。以浮力筒现有的5种设计工况为例,探究了各阶固有频率随浮力筒状态的变化情况;通过稳态响应分析,计算出5种工况下的动载荷放大系数。研究结果表明:刚性主管的稳态振幅与浮力筒浮力成正比,与刚性主管密度、横截面面积和总长度成反比;刚性主管顶部的动载荷放大系数与浮力筒的等效质量、刚性主管的密度、横截面面积、总长度及频率比有关,当浮力筒出现2舱破损和中心管及1舱同时破损时,系统的动载荷放大系数明显偏大;应考虑适当增加浮力筒设计水深,以减小垂向环境载荷作用,延长浮力筒垂向运动周期;尽量减小浮力筒的等效质量,增大系统的固有频率。研究结果有助于完善浮力筒和刚性主管的力学性能分析,为自由站立式立管的系统设计提供有益参考。     

深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限

建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移动力学模型,提出了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限分析方法,并进行了实例分析。分别建立了深水钻井隔水管-井口-导管耦合系统分析模型及平台漂移动力学分析模型,开发了深水钻井平台漂移动力学求解器。结合实例开展了深水钻井平台-隔水管耦合动力学特性及耦合作用规律分析,阐述了漂移预警界限分析方法。结果表明:平台漂移初始阶段隔水管载荷对平台漂移起促进作用,随着平台漂移位移的增大隔水管逐渐开始抑制平台漂移;平台漂移运动过程中隔水管系统顶部参数响应较快,底部参数响应具有明显的迟滞效应;随着海流流速的增大或水深的减小,深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限减小,应尽早准备和启动隔水管系统底部脱离。     

内陆湖泊三角洲河口区水动力特征及地质意义

分析河口区水动力特征是直观理解沉积过程、有效揭示沉积机理和模式及合理刻画砂体形态的重要前提和途径。 应用流体力学的射流理论和牛顿内摩擦定律,分析内陆湖泊三角洲前缘河口区水动力特征和水动力场的主导机制。 结果表明：河流入湖后,河流水体所受湖泊水体的阻力主要来源于河流水 体与湖泊水体相对运动时产生的黏滞力即内摩擦力,河流水体平均流速越大,湖泊水体越浅,则速度梯度越大,内摩擦力或切应力越大;天然河流水体向湖泊水体的推进长度非常有限,主要受出口断面处河流水体的初始流速和河流深度的控制,而不受河流宽度控制。 三角洲前缘河口区主要发育呈舌状平行 于湖岸线展布的河口坝砂体,而水下分流河道砂体则不发育。 河口区复杂多样的砂体形态本质上是多期垂直于湖岸线展布的平原河道砂体与平行于湖岸线展布的河口坝砂体垂向叠加和侧向拼接或改造后垂向叠加和侧向拼接的产物。     

深水表层导管喷射钻进机理研究

深水浅层土质松软,抗剪强度极低,采用喷射钻进技术能有效提高表层导管及深水水下井口安装作业时效。通过理论分析和数值模拟计算,研究了水力喷射成孔和喷射钻进机理,对海底软黏土层受喷射冲刷作用下的应力和位移场进行了分析。计算结果表明,处于钻头附近的土体出现应力和位移集中现象,土体受到的剪切力远大于土体抗剪强度,土体被冲刷破坏发生大变形。通过在原状土海域的现场模拟试验,对比分析了喷射排量对导管下入钻速和土体承载力恢复的影响;研究结果表明随着排量的增大,导管下入钻速增加,导管与土体摩擦力恢复减缓。由于导管内部环空较大,在满足钻速和承载力恢复的情况下,还需对满足最小携岩能力的最小排量进行计算。研究成果在国内外深水钻井实践中取得了良好的应用效果。     

库车坳陷迪那2气田异常高压成因机制及其与油气成藏的关系

通过对间接估算和地层测试获取的地层压力分布特征的研究,结合实际地质资料和前人最新研究成果,分析了库车坳陷迪那2气田异常高压的成因机制,并估算了主要超压机制对现今超压的贡献,探讨了异常高压形成过程及其与天然气藏形成的关系。结果表明,不均衡压实、构造应力和超压传递作用为迪那2气田异常高压的主要形成机制,其中断裂的垂向开启和褶皱形成引起的超压传递作用是最主要原因。迪那2气藏的形成与气藏内异常高压的形成具有同步性,康村期的早期油气充注时,储层基本为正常压力系统;库车沉积期快速的沉积作用产生了压实不均衡作用,形成了约5~10 MPa的过剩压力;库车组剥蚀期到第四纪,在强烈的构造挤压作用下,断裂幕式开启形成的垂向超压传递作用、褶皱形成引起的侧向超压传递作用和水平的构造应力作用,极大地增大了储层中异常压力的幅度,形成了约40~50 MPa的过剩压力,该时期为迪那2气田超高压及气藏形成的主要时期。     

济阳坳陷沾车地区义东断裂带走滑构造特征及其控藏作用

济阳坳陷沾车地区义东断裂带走滑构造特征及其控藏作用不明,制约着该区油气勘探。综合地震、测井、钻井等资料开展义东断裂带走滑构造特征分析,并在此基础上评价走滑断裂对油气成藏的控制作用。结果表明:义东断裂走滑特征明显,主断层(义东断层)及其伴生次级断层呈锐角或近直角斜交,平面上呈"入"字型,主断层与两侧的平行断层呈NEE—NE向雁行式展布;剖面上,主断层面陡峭,伴生的次级断层断至主断层面上,形成负花状构造,且具有窄而深的半地堑式构造。义东断裂带控制陡坡带发育多期次、多类型的砂砾岩扇体,断裂多期次活动形成了一系列沿着断层分布的NE向雁列式断块、断鼻及断背斜圈闭,义东断裂主要对油气运移起侧向封堵和垂向输导作用,控制油气沿义东断裂带呈条带状展布。     

深水导管喷射安装过程中管柱力学分析

根据深水导管喷射安装作业特点,建立了该过程中的管柱静力学模型,并应用加权残值法进行了求解,得出了在考虑环境载荷、钻柱结构及钻井船偏移等因素影响下的管柱变形和应力分布规律。研究结果表明,中深层海流对管柱变形影响最大,合理设计钻柱结构和控制钻井船偏移是保证深水导管垂直安装和钻柱抗拉强度安全的关键。深水管柱的弯曲正应力在钻柱的上下两端作用明显,进行钻柱强度设计时,必须考虑管柱横向变形引起的弯曲正应力,提出了相适应的钻柱结构优化方案。作业初期,钻井船向海流负方向适当偏移,有利于控制导管的入泥倾角;遇阻活动管串时,钻井船向海流正方向适当偏移,能够有效地降低钻柱危险截面上的最大拉应力。     

塔里木盆地古城台缘带寒武系丘滩体沉积构型特征及储层分布规律

古城台缘带寒武系4期台缘丘滩体规模大、储层好,风险勘探中见到了好苗头,是塔里木盆地持续探索的重要新领域,但复杂的沉积模式、储层分布特征等成藏基本要素认识不清制约了油气勘探进程。基于岩心观察、薄片鉴定、储层岩相学和地球化学特征综合分析、地震相识别及储层预测等技术方法,解析了古城台缘带多期丘滩体的沉积结构类型和储层主要控制因素,构建出沉积构型约束下建设性成岩作用改造的储层分布模型。结果表明：寒武系台缘丘滩体内幕发育丘基、丘核、丘翼和丘坪4种微相类型,沉积能量向上逐渐增强,具有“加积型”和“前积型”2种沉积构型。早期1—2期相带具有垂向叠置结构特征,为“加积型”丘滩体,晚期3—4期相带侧向前积错叠,为“前积型”丘滩体。寒武系台缘丘滩体溶蚀孔洞优质储层发育,内部多套储层呈旋回分布,高能相带是储层发育的基础,大气淡水溶蚀是形成优质储层的关键因素。总体上丘滩体物性顶部好于下部、核部好于翼部;加积型丘滩体频繁暴露,储层呈“三明治”式垂向叠置分布,规模大;前积型丘滩体暴露时间长,储层呈“倒牙刷”式侧向错叠分布,物性好。研究认识为勘探部署中优选有利储集区带提供了重要的地质依据。