黏土中深水吸力锚负压安装试验研究

根据渗流对黏性土塞的破坏理论,对吸力锚负压安装过程进行室内模型试验研究。介绍了吸力锚小尺度模型试验所采用的试验平台和试验过程,研究对比了负压及静载安装的阻力,并在负压安装中发现了锚内部土塞现象以及土体裂纹扩展现象。为了达到更加精确的试验结果,自行设计并搭建了新型吸力锚安装试验装置,提出了应用外部加压的方法模拟深水复杂环境,为试验结果的精确性提供了保证。试验结果表明:负压安装虽减小了安装阻力,但同时导致了锚内黏性土塞隆起开裂,并存在"活塞"破坏和裂纹扩展破坏2种机制。     

海洋水合物地层导管吸力锚贯入安装负压窗口分析

海洋天然气水合物埋藏浅,土壤胶结弱、地层承载力低,试采井口下陷失稳等问题突出,导管吸力锚可以有效解决此问题。为保证导管吸力锚安全贯入到位,针对其结构特点,基于吸力锚设计规范提出海洋水合物地层导管吸力锚贯入安装负压窗口的预测方法,选取我国南海水合物试采井位土壤参数进行实例分析,并通过导管吸力锚-土壤非线性接触有限元模型对实例计算结果进行验证。研究表明,导管吸力锚负压窗口预测方法具有良好的适用性,能够合理预测贯入阻力、自重贯入深度和负压窗口;导管吸力锚贯入阻力随贯入深度的增加呈非线性增加趋势,土壤抗剪强度越大的区域自重贯入深度越浅;容许负压随贯入深度的增加而线性增加,需求负压随贯入深度的增加而非线性增加,负压窗口逐渐变窄。研究结果为我国南海水合物试采导管吸力锚的现场安装应用提供技术参考。     

海上桶基平台负压沉贯阻力与土体稳定数值计算研究

用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯过程中渗流场进行动态模拟,提出桶形基础沉贯阻力计算方法和土体稳定有限元计算方法,并提出桶内土体稳定性判断准则.计算结果表明方法是合理的,具有工程实用性.     

桶形基础采油平台负压沉贯阻力计算分析

叙述了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间试验与现场试验。应用有限元法对负压沉贯的渗流场进行分析，研究负压对桶形基础沉贯阻力、土壤特性的影响；负压大小对桶形基础沉深、沉速的影响，以及桶形基础在海上应用的可行性。     

筒型基础渗流场的有限元模拟与分析

利用有限元数值计算方法模拟筒型基础负压沉贯过程中的渗流场。结果表明:在筒型基础裙端部的渗流场比较复杂,特别是裙端部的渗流速度最大;筒型基础内土体表面渗出速度随筒型基础入土深度增加而分布均匀,同时筒型基础内土体表面渗出速度或渗入速度随筒型基础入土深度的增加而减小。此结果与实践和试验符合良好。     

筒型基础渗流场的有限元模拟与分析

利用有限元数值计算方法模拟筒型基础负压沉贯过程中的渗流场.结果表明在筒型基础裙端部的渗流场比较复杂,特别是裙端部的渗流速度最大;筒型基础内土体表面渗出速度随筒型基础入土深度增加而分布均匀,同时筒型基础内土体表面渗出速度或渗入速度随筒型基础入土深度的增加而减小.此结果与实践和试验符合良好.     

粉土中吸力锚土塞形成模型试验

文中描述了在室外土槽中进行的吸力锚土形成试验,分布了部分试验结果。试验选择一种粉土为典型土,旨在通过模拟海上吸力锚沉放过程,重现上塞现象,研究模型沉放过程中的压力差,沉放速度等因素对土塞形成产生的影响。从试验结果来看,基本达到了以上目的。还对一些试验现象和结果进行了初步分析,得出了一些结论。     

深水吸力锚井口承载能力研究——以挪威Wisting油田水平井吸力锚井口为例

近年来随着特殊深水油气藏开发的需要,国外吸力锚筒体开始替代常规导管作为井口支撑的装置,例如挪威Wisting油田使用吸力锚技术钻成了极浅水平井。在国内,吸力锚作为深水钻井水下井口的使用尚处于起步阶段,需要对吸力锚井口承载力进行研究。该文基于API单桩轴向极限承载力经验公式的导管极限承载力计算模型,结合吸力锚负压置入受力情况进行研究,研究了吸力锚置入过程中瞬时承载力与随时间变化的实时承载力变化规律,构建了吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度的耦合计算模型。以挪威Wisting油田吸力锚设计参数及区域土壤不排水抗剪切强度为例,吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度耦合计算模型的计算结果与工程实际吻合,具有实际工程意义。     

ROV搭载吸力泵安装大型吸力锚方案设计与实践

以珠江口盆地番禺4-2/5-1油田项目为目标,基于ROV(遥控潜水器)搭载吸力泵安装大型吸力锚的特点,对吸力锚顶部布置、吸力锚阀门设计、吸力泵选型及接口设计、吸力锚装船固定和安装索具设计等进行了研究,提出了吸力锚安装工艺流程及相关问题处理方案。现场实践效果表明,ROV搭载吸力泵模式安装大型吸力锚技术与国外已有的单独安装吸力锚案例相比节省了在水下连接锚链和吸力锚的工序和时间,达到了世界同类工程技术的领先水平,为未来同类型吸力锚的水下安装提供了有效的设计和安装经验。     

深水钻井井口吸力锚最小下入深度预测方法

深水油气田采用井口吸力锚进行表层建井时，存在井口塌陷或地层过硬不能下入到位的风险。在分析井口吸力锚下入原理的基础上，建立了考虑安装效应的井口吸力锚承载力模型；针对二开固井最危险工况，推导了钻井过程中井口最大荷载计算公式；考虑桩基安全系数，建立了基于承载力的井口吸力锚下入深度模型。利用该下入深度计算模型，计算得到南海X井的井口吸力锚最小入泥深度为10.56 m。采用ABAQUS软件，以南海X井环境参数为基础，建立了有限元模型，计算了井口吸力桩的竖向承载力为8 593.22 kN；同等入泥深度理论计算承载力为8 063.59 kN，误差为6.16%，准确度较高。研究结果表明，基于极限承载力的井口吸力锚下入深度模型能够精准预测井口吸力锚的最小下入深度，提高水下井口下入安装和钻井阶段的安全性。     

水下管汇吸力桩竖向极限承载力研究

吸力桩是海洋油气资源开发工程中水下管汇设施常用基础形式之一。为明确竖向载荷作用下吸力桩周围土体的影响范围及解决吸力桩的竖向承载力计算问题,采用理论公式计算和有限元仿真两种方法对极限承载力进行求解,采用数值软件建立了数值分析模型,利用位移控制方法,得到了吸力桩的载荷-位移曲线,并得出吸力桩的竖向承载力约为7 000 kN,规范公式计算得吸力桩竖向极限承载力为6 582. 4 kN,并与数值分析结果进行对比,结果显示,有限元分析求得的吸力桩竖向承载力与理论公式计算结果偏差为6. 34%。通过分析吸力桩周土体的屈服过程,发现在加载初期,屈服主要出现在桩端土体,随后桩端屈服区不断扩展,顶部土体开始出现屈服,并逐渐向下扩展,最终整个屈服区完全贯通。研究结果可为吸力桩竖向极限承载力分析提供技术参考,对吸力桩的稳定性和安全性评估具有一定的指导意义。     

重力安装式裙板锚承载特性及最优系泊点

海洋中的地质条件复杂,为解决常用的吸力锚基础无法在高渗透性土壤中进行安装的问题,结合某海域实际地质条件,提出一种重力安装式裙板锚,并采用理论计算和数值模拟方法对该锚固基础的承载力进行计算,对其最优系泊点的位置进行探讨。分析结果显示：增加裙板的高度可有效提高重力安装式裙板锚的承载力,降低其重量,安装比吸力锚更简单快捷;采用现有规范进行计算,得到的承载力的计算结果偏于安全;由于裙板较高,重力安装式裙板锚也存在最优系泊点,在本计算条件下,最优系泊点位于筒形结构的约下1/5处。重力安装式裙板锚可作为海洋工程锚固基础的一种选择。     

粘土中倾斜荷载作用下深水吸力锚的极限承载力计算研究

建立了适用于深水吸力锚的三维弹塑性有限元模型,对粘土中倾斜荷载作用下吸力锚的极限承载力进行了计算,并采用塑性极限法的理论分析对计算结果进行了校核,验证了有限元模型与计算结果的可靠性,为吸力锚在我国深水油气田工程设施应用的前期研究和设计提供了参考。     

海洋管道多点提吊的有限元分析

建立了海洋管道多点提升的有限元模型,考虑了管土作用的非线性和倾斜绳缆对提升的影响,引入了土体吸力的作用,并增加了对绳缆的模拟,运用ANSYS软件对海洋管道多点提吊的各个阶段进行了模拟计算,同时运用实例分析对所建模型进行了验证。分析结果表明,土体吸力对离地点附近管道的弯矩影响较大,对管道变形几乎没有影响;在提吊初期,管道的最大弯矩对土体吸力的大小较为敏感,最大弯矩随土体吸力的增大而增大,随着提吊高度的增加,土体吸力对最大弯矩的影响逐渐消失。     

风浪流作用下考虑筒-土接触的吸力筒导管架响应

以中国南海某海上风电吸力筒导管架基础为分析对象,以50 a重现期极端工况为载荷条件,考虑筒-土接触建立全三维有限元模型,对吸力筒导管架的安装角度和结构强度、地基沉降以及筒基承载力进行分析。结果表明,当基础安装方向与浪流作用方向的相对作用角为120°时,基础所受载荷响应最小。地基承载力和基础强度满足要求。在基础及风机安装过程中最大产生0.431 m土体沉降,应为基础预留足够的沉降量。     

深水吸力桩承载力学特性及稳定性分析

吸力桩具有高承载力、施工工序简单等特点,在深水钻探建井作业中具有广阔应用前景。分析了吸力桩在深海表层作业安装到位后不同条件下的承载特点,采用离散元数值模拟方法进行计算,揭示了吸力桩在不同性质土体中实时承载力的变化规律,研究了吸力桩安装到位后实时承载力随静置时间的恢复规律以及横向弯矩对吸力桩的稳定性影响规律。研究结果表明：海底土的不排水抗剪强度越高,吸力桩安装到位的承载力越高,但是恢复时间越长;安装到位后,随着吸力桩桩筒外承载力的增加,桩筒内的承载力逐渐降低,到了一定时间后会趋于稳定;吸力桩受到的横向弯矩越大,崁固端位置越靠近深部;通过与前人试验对比,验证了吸力桩顶板和裙板承载力分布特点。研究结果可为吸力桩在深海表层建井设计和现场施工提供参考。     

吸力锚下放过程的动力学分析

吸力锚技术可为船舶和平台提供系泊力和支撑基础,且施工简便,可反复利用,为此对吸力锚的下放过程进行分析。运用Orca Flex软件建立了吸力锚下放过程的动力学分析模型,计算得到了一些结论:在顺浪状态下,吸力锚下放过程中不会发生大的横摇及艏摇,但在吸力锚完全没入水中后会发生比较明显的纵摇;横浪状态下与顺浪状态下的主要不同是:在顺浪状态下吸力锚的横摇角和艏摇角始终为0°,而在横浪状态下,吸力锚的横摇角在时域上随着吸力锚入水深度的增加也逐渐增加,艏摇角则呈现出在时域上先增大后减小并会在时域中发生小范围的反复波动。     

JZ9—3系泊平台（三筒吸力平台）沉放调平模型试验

本文描述了位于渤海辽东湾９３地区人工岛靠船系缆平台沉放调平模型试验过程。系缆平台的基础部分采用了多筒结构形式，尽管目前对筒开明基础沉放已有了一定的经验，但多数都是基于吸力锚或单筒式吸力平台结构，对于多筒式吸力基础平台目前还没有任何的工程经验。试验为海上原型结构沉放施工的施式方法、施工可行性及施工调平程序的编制起到了一定的指导作用。     

筒形基础水膜的形成机理与灌浆试验研究

通过模型试验观察筒形基础沉降就位后,筒内水膜形成的机理,提出了向筒内灌浆解决水膜的方案。试验通过配土、设计模型筒基、负压沉贯和筒内灌浆等操作过程,并运用正交方法进行泥浆配比,从土体破坏的角度,对筒基空载与加载不同情况下水膜高度的变化规律进行分析。     

深水大型吸力锚建造技术研究

目前,吸力锚在浅海和深海范围内被广泛使用,但仍属于较新的基础类型。随着深海油气开发和海上风电等海洋工业的进一步发展,对吸力锚基础的建造技术研究显得愈发重要。本文结合吸力锚的工作原理和组成部件特点,对直径4.5～10m、高度10～24m的吸力锚建造工艺和建造技术进行研究。文中分析了不同功能吸力锚的总装工艺及建造技术关键点。研究结果表明,建造过程中应在材料、尺寸、焊接等关键点进行风险识别和执行严格的过程控制有利于保证吸力锚的建造质量。