海洋自升式钻井平台桩靴研究

独立插桩式海洋自升式钻井平台能否在海上安全钻井的最关键问题是它的桩靴是否设计合理。阐述了自升式钻井平台桩靴的种类与设计考虑因素。以一个100 m工作水深的自升式钻井平台的桩靴为例,分别对其在预载工况和风暴工况下进行了强度和稳定性的校核,符合标准要求。     

高106.68m自升式平台的桩靴强度分析

桩靴是自升式平台的主要支撑构件,其结构强度影响着平台的安全。结合某结构高度106.68 m平台的桩靴参数,通过必要简化,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该桩靴的有限元分析模型,并对结构在预压载、偏心、风暴工况条件下的强度进行计算。通过评估桩靴屈曲和后屈曲失稳以及屈服引起的塑性破坏情况来进行强度分析,并依据规范进行校核。还研究了在预载工况LC1中,各个构件应力最大处板的屈曲对于结构构件的影响。所得结果可为其他桩靴强度计算、屈曲分析提供参考,并可为桩靴的优化设计提供可靠依据。     

自升式钻井平台就位时老脚印对桩靴性能的影响分析

由于受到老脚印影响,自升式钻井平台在老脚印附近位置就位时桩靴不可避免地要受到变化的偏心荷载作用,严重威胁着平台的就位作业安全。对自升式钻井平台在老脚印附近位置就位过程中桩基土体破坏机理受老脚印的影响进行了分析,在此基础上,根据桩靴不同阶段的受力特征将就位过程抽象为4个阶段,并以这4个阶段为4种不同的工况,对老脚印对桩靴结构性能的影响进行了分析。结果表明,自升式钻井平台就位过程中桩靴着力一侧桩腿、弦杆连接区杆件的应力较高;随着桩靴不断压入地层,桩靴底部承载面积增大,桩靴内部构件所受剪切应力显著减小:桩靴压桩至原有老脚印底部,受地层水平向强度分布不均的影响,较硬地层一端的组合应力并未因桩靴与桩基土体接触面积的增大而减小,相反由于端部硬地层的作用而大幅度增大,就位作业时应予重视。     

欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔对邻近桩基承载力的影响

海上自升式钻井平台插拔桩作业一般靠近固定平台,这就不可避免对固定平台桩腿产生一定影响。研究了欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔与邻近桩基竖向承载力的可行性,并且分析了数值模拟中参数选取对桩基竖向承载力的影响。研究表明:当网格划分尺寸为0.25 d (d为桩基直径)、桩基加载速率为5 cm/s、桩长的30%嵌固在拉格朗日体中时,桩基竖向承载力计算结果与API规范计算结果吻合较好;桩靴贯入速度为8 m/s时,桩身弯矩的数值模拟结果与现有离心模型试验结果吻合较好;桩靴插拔后,邻近桩基竖向承载力降低率随着桩靴与桩间距的增大而减小。     

自升式钻井船桩靴建造工艺研究

桩靴是自升式钻井船主要受力结构之一,位于桩腿的下部,桩靴的作用是在钻井船升船状态时,作为支撑在桩腿与海底之间的基础。在升船状态下,整个船体以及桩腿的重量都通过3个桩靴传递到海底,桩靴的使用功能和受力特点决定了桩靴结构强度高,底部投影面积大,形状不规则。本文综合考虑了桩靴的使用功能和受力特点,抓住桩靴建造过程中的关键控制点,结合项目实施经验,对桩靴建造工艺在200英尺(60.96 m)自升式钻井船项目中的运用进行了总结分析。     

基于代理模型的自升式海洋平台桩靴结构优化

自升式海洋平台桩靴作为平台的重要组成部分存在结构庞大笨重、应力分布不均等问题,以自升式海洋平台JU2000E桩靴为研究对象,应用Ansys软件建立有限元模型,依据美国船级社（ABS）规范对其在预压载工况和风暴自存工况下进行强度分析与校核,采用桩靴各结构板厚作为优化设计变量,通过最优拉丁超立方抽样选取样本点,结合径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络算法建立设计变量和各响应的代理模型,并基于第二代非劣解遗传算法（NSGA-Ⅱ）对桩靴进行多目标优化。对优化后的桩靴进行仿真验证,桩靴重量减轻、应力减小且分布更均匀。     

VBA程序在平台桩靴屈曲分析中的应用

基于屈曲分析理论,以400英尺自升式钻井平台为研究对象,分析大尺度桩靴结构板材的屈曲强度。利用SESAM软件,建立桩靴结构有限元模型。参考ABS规范,选取最不利工况,并通过自编VBA程序,对桩靴受压板材高应力区进行屈曲分析。研究工作保证了海洋平台桩靴设计的安全性,并提供了屈曲强度的快捷计算方法。     

自升式平台独立桩靴结构强度分析方法

自升式平台的桩靴对平台的稳定就位起着关键作用。以自升式平台桩靴为研究对象,基于大型有限元软件SESAM,研究平台在各种载荷作用下的桩靴承受载荷的特点和桩靴强度失效形式,分析CCS和ABS两种规范计算桩靴强度的方法和基本原理,并分别按照两种规范计算其不同工况下的结构强度。对比两种规范的应力分析结果,供工程技术人员设计参考。     

钻井船插桩对海洋平台桩基影响的数值研究

运用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange, CEL)方法对钻井船就位插桩过程引起的土体响应进行分析,得到钻井船插桩过程引起的土体响应规律。在此基础上,研究钻井船桩靴对邻近海洋平台桩基的影响,结果表明:距桩靴最近的桩基受到的影响最大;随着钻井船桩靴贯入深度增大,桩基应力逐渐增大,桩基最大应力位置逐渐下移;桩靴对其斜下方处桩基应力和水平位移影响最大。钻井船插桩过程对邻近海洋平台桩基周围土体影响深度为桩靴插入深度,桩靴对桩基承载力和轴向位移影响较小。     

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。