三桩腿自升式平台拔桩作业有限元计算方法研究

拔桩作业是自升式平台由支撑状态向漂浮状态过渡的重要过程,虽然相对平台整个作业周期而言,这一过程持续时间较短,但实际操作中却为平台损伤多发工况。在传统的设计中,对平台的校核主要针对作业和自存状态,而对于这一工况尚未给予足够的重视。该文以三桩腿91m带桩靴的桁架腿自升式平台为例,对拔桩工况主要受力状态及模拟方法进行了研究,其中包括:拔桩状态下主船体吃水及倾角的预估;静水压力的施加和校核模型主船体及桩腿强度的计算。利用该文计算方法得到的结果,能够较为真实地模拟平台拔桩作业时船体的漂浮状态。     

新型多功能桩基试验系统的研制

桩基稳性对自升式钻井平台作业安全影响很大。国内针对桩基稳性的研究较少,更缺乏相应的试验装置。为此,设计了新型多功能桩基试验系统。该系统可以开展自升式钻井平台插桩、拔桩和穿刺等常见的桩基稳性试验研究,为自升式钻井平台在作业区域插桩深度、拔桩阻力的准确预测以及穿刺机理的深入研究提供了一个良好的试验平台;加装冲桩系统后,还可以开展自升式钻井平台拔桩时的冲桩效果分析和采用冲桩的方式主动穿透硬地层机理研究,扩展了试验系统的功能;能方便、快速地模拟自升式钻井平台作业过程中桩基与海土的相互作用,从而为自升式钻井平台能否到某区域特别是陌生区域作业的快速决策提供有力的技术支持。     

自升式钻井平台圆柱形桩腿维护装置浅析

自升式钻井平台是目前国内外使用最为广泛的钻井平台。自升式钻井平台需要经过升降平台、拖航作业后,到达新的作业区域上。本文研究分析了自升式钻井平台圆柱形桩腿在海上作业期间配备一套升降维修装置的可能性,以实现对桩腿外体涂层进行刷漆维护保养。     

一种自升式钻井平台升降基础合拢安装方案

自升式钻井平台升降系统是海洋平台的关键部分,同时亦是海洋平台设计制造的难点。在平台的制造和使用中历来受到高度重视,其性能的优劣直接影响到平台的安全性能、使用性能及经济性。升降基础承载着升降系统和锁紧装置2个重要的设备,并为桩腿升降提供导向,起连接桩腿和主船体的作用,是把平台各种载荷传递给桩腿的唯一路径。对DSJ300型自升式钻井平台升降基础的合拢工艺流程进行分析和总结,为相关制造企业在海洋工程大型结构建造过程中起指导作用。     

自升式钻井平台冲桩对拔桩阻力影响研究

自升式钻井平台插桩较深,拔桩时出现周期长、拔桩困难等问题。为了提高拔桩效率,对拔桩系统尤其是桩靴底部喷嘴冲桩效率进行试验研究。以某深水钻井平台为原型设计桩腿、桩靴模型,选取渤海滨海原状土为试验场地,进行冲桩和拔桩试验,明确了不同冲桩条件和拔桩阻力大小的关系。结果表明,当冲桩孔面积达到桩靴面积1%时,拔桩阻力减小40%左右,因此冲桩对破坏桩靴底部吸附力作用明显,是应对拔桩困难的有效手段。     

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。     

50m自升式钻井平台总体设计及关键技术

挖掘圆柱桩腿自升式平台的潜力,扩大其适应范围,提高其作业性能对于我国边际油田的开发具有重要意义。介绍了50 m圆柱桩腿自升式钻井平台的总体设计和关键技术,包括船型优化、总体布置和主要设备配置,其关键技术为桩腿长度设计和布置优化、悬臂梁尺度优化及桩靴型式优化。该平台采用了多型平台结合的船型优化技术、水深与气隙组合的桩腿长度设计技术及全方位分层喷冲技术,具有大插深、大气隙和多井组钻井等特点,与L-780MODⅡ型平台桁架桩腿相比具有较大的价格优势。实际使用结果表明,该平台入泥深度20 m并能顺利拔桩,作业气隙20 m,完全适合我国浅海边际油田的勘探开发。     

典型自升式钻井平台总装建造要点研究

对比分析了自升式钻井平台与一般民用船舶的主要差别,根据国内典型自升式钻井平台总装建造经验,分析了自升式钻井平台结构、系统等8个重要方面的内容。分别总结提炼了桩腿、悬臂梁、升降基础等关键结构的制造工艺流程和要点,阐述了主机、升降、钻井等主要系统的调试工作内容以及重量控制和精度控制的注意事项,为后续自升式平台高效建造提供技术参考。     

自升式钻井平台结构强度分析研究

阐述了自升式钻井平台结构强度的基本理论,提出了结合移动平台结构特点的结构强度分析,并以一桁架桩腿自升式平台为例,通过有限元分析和求解来说明此类移动平台结构强度分析的过程及方法。     

自升式平台桩腿与岩土互作用研究进展

为保证自升式平台能够安全工作,设计自升式平台时必须要确定平台在工作海域的桩腿承载能力、抗滑移能力、抗倾覆能力和拔桩阻力。对平台插桩、拔桩、正常工作、风暴自存等工况时桩腿与海底岩土的相互作用机理进行了研究,分析了国内外在研究自升式平台桩腿与岩土互作用时采用的常规计算方法、有限元法和试验法,并指出了现有方法存在的缺陷,提出采用有限元法分析时充分考虑平台主体关键结构的多桩腿-岩土互作用,是研究平台的插桩、拔桩、抗滑移和抗倾覆能力以及平台动态特性的有效手段。     

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。     

西非海上自升式钻井平台提高拔桩效率的方法与措施

西非几内亚湾OML-12X区块内自升式钻井平台插桩入泥深度过大,在钻井作业之后平台拔桩十分困难,有时甚至会出现拔桩过程中破坏平台主体结构而造成巨大的经济损失的问题。通过分析,将自升式钻井平台的拔桩过程分为克服桩靴吸附力和克服上行阻力2个阶段,利用吸盘效应理论对桩靴吸附力的产生机理进行了分析,同时对减小桩靴上行阻力的有效途径进行了探讨,提出了2种提高拔桩效率的方法,即对桩靴下部地层充分水化分散和灌注表面活性剂促进内外压力的联通。现场实践表明,本文提出的方法比较符合实际情况,能够有效指导海上自升式钻井平台拔桩实践,提高拔桩效率和安全性。     

自升式钻井平台插桩等候时间与拔桩阻力相互影响研究

自升式钻井平台现场作业时可能会出现拔桩困难、周期长等问题,为了提高拔桩效率,对拔桩阻力与插桩等候时间之间的相互影响关系进行了试验研究。以“海洋石油941”平台桩腿和桩靴为原型,选取渤海湾天津海边原状土为试验场地,进行了相关试验。结果表明,拔桩阻力随等候时间的增加而增加,且增加的幅度越来越小,最终趋于稳定;在不考虑拔桩前用高压海水对桩靴上下表面土体冲桩的情况下,当拔桩阻力稳定时,拔桩阻力约为桩腿自重的2倍。     

海洋环境载荷对自升式平台就位的影响

海洋环境载荷的影响会导致自升式平台就位位置与设计位置发生偏差。针对自升式平台就位位置偏差问题,通过分析自升式平台就位过程与步骤,得到海洋环境载荷中海流载荷为影响自升式平台精确就位的主要原因。以东海某自升式平台为例,结合自升式平台桩腿桁架结构特点,利用桩腿受海流载荷作用的特征面积法和结构力学中悬臂梁弯曲理论,建立了自升式平台桩腿受海流载荷时桩腿挠度计算模型,对比分析了该计算模型得到的就位偏移量与数值模拟结果。结果表明,利用本文建立的平台最大偏移量计算模型得到的自升式平台就位偏移量与数值模拟结果吻合,可指导自升式平台精确就位作业。     

大比尺自升式平台插拔桩试验系统研制及验证

自升式平台顺利插拔桩对其安全作业具有至关重要的作用。根据插拔桩问题主要控制方程的相似,推导了1倍重力加速度模型主要物理量的相似系数,建立了主要由土池、加载装置、原位测量装置、冲桩系统和测量系统组成的大比尺自升式平台插拔桩试验系统。该系统可以模拟自升式平台插桩、冲桩和拔桩,能够测量插拔桩深度和阻力,监测桩靴底部孔隙水压力的变化。运用该系统进行了初步插桩试验和边冲边拔的拔桩试验,将插拔桩阻力与规范和相关经验公式进行了对比,验证了系统的有效性和准确性,研究了桩靴底部孔压的分布规律以及孔压和插桩阻力的变化关系,证实了冲桩可以减小拔桩阻力的显著效果。本文研制的大比尺自升式平台插拔桩试验系统为进一步研究自升式钻井平台的插拔桩阻力和冲桩效果提供了基础,有利于保障自升式钻井平台的作业安全。     

国内深水自升式钻井平台发展概况

介绍了桁架腿自升式钻井平台国内外技术现状及发展趋势,并重点分析了桁架腿自升式钻井平台国产化的必要性和关键技术。     

L780 MODⅡ钻井平台桁架桩腿建造

L780 MODⅡ钻井平台是中国石油集团海洋工程有限公司为满足90m作业水深区域海上勘探开发需要而投资建造的,为独立桩腿悬臂梁、桁架自升式钻井平台。文章介绍了该平台桁架桩腿的结构形式、建造流程与工序以及到厂材料的检验,总结了桁架式桩腿结构施工的精度控制和焊接质量控制要点。     

自升式海洋平台站立状态下的性能分析

以一桁架桩腿自升式平台为例,通过有限元计算分析,阐述了平台站立状态下几个重要性能的校核方法,包括①桩腿强度;②锁紧系统（升降系统）承载性能;③预压载性能;④桩靴承载性能;⑤抗倾稳性。     

自升式平台齿轮齿条升降系统受力分析

齿轮齿条升降机构是自升式平台的重要承载机构,在各种工作状态下起到支撑船体及相关设备的作用,并长时间承受重外载荷作用。以三桩腿齿轮齿条升降式自升式平台为模型,从桩腿内力分析出发,研究齿轮齿条升降机构受力,从而为升降单元安全评价、寿命评估等提供支持。     

自升式平台单桩极限拔桩力的研究

以一座自升式平台单桩拔桩为例,研究具有三角形箱型船体的自升式平台的单桩极限拔桩力计算。简化平台模型的实际构造,应用ANSYS软件建立了三维有限元模型。通过添加抗转空间粱的方法模拟桩靴和土壤对桩腿的约束作用,建立桩腿底端的边界条件;考虑船体的水动力,通过斜坡加栽方式模拟船体倾斜对浮力的影响,依据CCS规范校核船体和桩腿的强度,得到了不同拔桩力作用下的船体和桩腿强度曲线图、规范校核值曲线图。插值计算出该平台的单桩极限拔桩力。