交变动冰载荷对导管架平台上部管线系统的影响

以渤海某油气田WHPA平台为例,采用有限元数值模拟方法研究了交变动冰载荷对导管架平台上部管线系统的影响。冰激振动可以引起较大的平台甲板加速度响应,从而危及导管架平台上部管线安全。在冰区导管架平台上部管线设计中,必须充分考虑冰激振动的影响。对于在建造和在服役的导管架平台,应对上部管线进行振动分析,可以采取加强管线支撑结构和增加管线支撑数量来提高管线系统基频,以避免发生共振现象。     

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。     

多元统计分析在平台上部组块主结构重量估算中的应用

工程前期缺乏较为详细的设计基础数据，在基础数据有限的前提下，通过与已建设施实际数据形成有效的关联对比，为上部组块主结构重量的估计提供一种较为简便的方法。通过收集整理已建导管架平台历史设计数据，采用相关分析、主成分分析、回归分析等多元统计分析方法，完成导管架平台上部组块主结构钢材重量预测模型的建立，从而实现以较少数据，合理推测平台上部组块的主结构重量。     

导管架平台冰振特征分析及冰振风险应对措施

冰激振动是威胁海冰区海洋石油导管架平台结构安全的主要因素。为分析导管架平台冰振特征,采用ABAQUS有限元软件对C平台的动力响应进行数值模拟,得到平台的振动模态等参数。结合监测及仿真数据对比分析表明:平台结构基频与平台所处区域冰力频率相近,会产生明显的共振现象。针对导管架平台冰振特征分析结果,提出了包括预警、监测、结构改造及配置冲冰装置等几种应对措施,现场应用显示抗冰效果明显,对冰区导管架平台冰期风险管理有一定指导意义。     

随机波浪载荷作用下ETMD减振系统对导管架平台振动控制的仿真研究

以在役WZ12-1平台为原型建立导管架平台的有限元模型,将沿导管架桩腿分布的载荷转化为等效节点力进行加载,将桩基的作用用弹簧-阻尼单元模拟,忽略导管架附连水质量的影响进行有限元分析。通过构造ETMD减振系统,设置合适的系统参数,分析了随机波浪载荷作用下有、无ETMD减振系统时导管架平台的振动情况。结果表明,ETMD减振系统能够有效控制随机波浪载荷作用下导管架平台的振动。     

基于声发射的导管架海洋平台结构健康实时监测研究

海洋平台在长期服役过程中受环境载荷及各种作业的影响,结构可能发生不同种类的损伤,因此进行结构健康监测对保障平台作业安全具有重要的工程意义。该文将声发射技术应用到导管架海洋平台上部组块结构损伤实时监测中,以CEP导管架平台为研究对象,研究适合工程现场的监测方案,提出基于检测数据的结构健康评定方法,通过对比存在不同程度缺陷的救生艇支架验证声发射技术在海洋平台结构健康监测的适用性。研究表明,声发射检测能实现活动性损伤进行定性评价,可对关键承载结构的健康状态进行长期监测。     

陆丰7-2油田导管架平台上部组块低位浮托安装关键技术

针对南海陆丰7-2油田所处的海域海水较深、海况条件恶劣的实际情况,提出利用低位浮托技术安装导管架平台上部组块,为此研究了上部组块腿与导管架腿对接技术、上部组块低位浮托载荷转移技术、组块提升和载荷平衡技术、上部组块陆地试提技术等多项关键技术,并在该油田导管架平台上部组块浮托安装作业过程中得到了成功应用,为油田顺利投产创造了必要条件。     

基于实测的渤海老龄平台冰振疲劳损伤评估方法

针对现有规范缺乏针对海冰引起的结构疲劳损伤的评估方法与建议,基于实测的老龄平台结构冰振响应特征分析结果,在冰厚、冰速、冰向等方面开展数值模拟,建立平台上部振动响应与导管架热点应力间的数学关系,依据安全寿命分析法提出一种基于现场实测的导管架平台冰振疲劳损伤评估方法。选取我国渤海辽东湾Jz20-2海域某导管架平台进行实例分析,针对不同时段的冰振实测数据,采用本方法确定热点应力标准差、循环次数和相应的疲劳损伤,并与谱分析法得到的疲劳损伤进行对比,验证本方法的合理性。     

浅海采油平台振动原因分析及治理措施

针对埕岛油田中心二号生活平台剧烈振动的问题进行研究,通过理论分析、数值计算、模拟实验和现场测试,认为生活平台剧烈振动主要是由于导管架与桩的相对运动引起的。另外,海底冲刷造成导管架泥线处淘空,使导管架在泥线处失去约束,降低了结构的侧向刚度,进而加剧了平台的振动。根据问题产生的原因,采取了灌浆加抛石的治理方案。结果表明,这种方法既消除了导管架与桩的相对运动,又提高了基础的约束作用,最大减振幅度达到89%,实现了预期的减振目标。指出:浅海油田不宜采用直立式非灌浆桩腿导管架平台,平台设计时应考虑淘空的影响,采取相应措施,避免淘空降低平台的侧向刚度。     

渤海新型抗冰导管架平台研究

根据渤海海洋平台长期现场监测结果,对渤海海域冰与导管架平台相互作用问题进行了系统研究,指出冰激结构振动是目前渤海冰区导管架平台的主要危害。应用冰激导管架平台冰激振动及动冰力研究成果,对新型抗冰振平台设计方案进行了分析。对适用于导管架平台的冰激振动控制装置进行了理论分析与实验研究。在新建JZ20-2NW平台的设计建造中应用了上述研究成果。新建平台现场监测结果分析表明,新型平台比以往平台具有更好的抗冰振性能。     

结构自振周期较大的浅水平台应进行详细疲劳分析

浅水水域的平台一般不会出现管节点疲劳问题 ,在一定条件下可以用简化疲劳分析替代详细疲劳分析 ,平台结构设计规范APIRP 2A对此也有相应的规定。但在对某些自振周期较大的浅水平台进行详细疲劳分析时发现 ,当平台完全符合进行简化疲劳分析条件时 ,个别管节点的疲劳使用期限低于设计要求。由此 ,对浅水平台结构为什么出现疲劳问题进行了探讨 ,并从平台的设计工作水深、自振周期、简化疲劳分析条件和波浪出现概率等方面 ,对某些浅水平台结构具有相对较大自振周期的情况进行了详细分析。若浅水平台结构的自振周期较大、接近于小波浪周期 ,且平台工作在小波浪出现的密集区 ,则容易出现平台结构自振周期接近共振周期的状况 ,使平台结构具有动力响应 ,产生动力放大 ,并引发管节点发生破坏。因此 ,设计此类平台结构时 ,不能用简化疲劳分析方法 ,而要进行详细疲劳分析。     

冰区平台的三级疲劳评估

针对冰区平台疲劳危险性评价的需要,提出了建立以初级评估、详细评估和可靠性评估这三级评估方法为核心的冰区平台疲劳分析与评估体系的设想,并重点介绍了初级评估(冰区平台疲劳强度校核的简化方法、单一冰厚法、静力法)、详细评估(时间域法和谱分析法)和可靠性评估的应用流程,还给出了详细评估的一个计算实例,供工程设计参考。     

基于ANSYS的海洋平台局部构造疲劳寿命评估的网格精度和外推方法研究

应力幅值是评估疲劳寿命的关键数据之一,对于海洋平台局部构造应力幅值的计算结果依赖于ANSYS有限元分析的网格精度和热点应力外推方法。对海洋平台局部构造模型不同网格精度和不同外推方法对热点应力幅值的影响进行了研究,网格精度对应力幅值影响较大,外推方法的影响不明显。给出的网格精度和外推方法建议可为海洋平台局部构造疲劳寿命评估提供参考。     

海洋平台焊接构件的安全裂纹扩展寿命研究

低温环境下海洋平台构件的安全裂纹扩展寿命,是冬季海洋平台构件安全检测与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法,得出了在小样本试验条件下,当疲劳裂纹扩展寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值试验寿命之间的关系式。在1000kN的MTS电液司服材料试验机上,测定在-25℃环境下,海洋平台用钢(A131)焊接构件试样在拉拉疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率。利用对数裂纹扩展寿命标准差的经验取值,得出海洋平台焊接构件对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳裂纹扩展寿命。     

海洋平台用钢板状焊接接头的低温疲劳试验

在ＰＬＧ－３００ＫＮ高频疲劳试验机上配备低温环境室及其控制系统，对海洋平台用钢（Ａ５３７）焊接接头在低温和室温下进行了疲劳试验。试验结果表明：在高应力幅区，当应力幅值大于低温安全临界应力幅值时，低温环境会降低焊接接头的疲劳寿命，安全性差；在低应力幅区，当应力幅值小于低温安全临界应力幅值时，低温环境反而会增加焊接接头的疲劳寿命，安全性好。在低温环境中，大的交变载荷对接头的疲劳强度影响很大。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估研究

应用ANSYS软件建立起自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行动力分析,并校核平台桩腿的极限强度和疲劳强度。方法对渤海某自升式平台桩腿进行了强度校核,计算了不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

固定式海洋平台火炬臂结构拖航疲劳分析

为解决传统火炬臂不适用于海上整体拖航工况的问题,针对导管架固定式平台上部火炬臂结构,建立火炬臂整体拖航疲劳分析方法,设计一种适用于海上整体拖航的新型火炬臂连接形式。采用SACS软件建立平台上部组块带火炬臂整体有限元模型,分别对传统火炬臂结构和新型火炬臂结构进行整体拖航工况下的疲劳计算。提出最大疲劳损伤占比指标,从拖航疲劳损伤程度和最大疲劳损伤节点数目两个角度对新型火炬臂进行局部结构优化。结果表明:新型火炬臂斜撑的增设可有效改善火炬臂主弦杆的受力且大幅提高火炬臂的整体刚度,使原拖航疲劳损伤不满足规范要求的构件满足要求,为火炬臂海上整体拖航提供可行的技术和方案。     

基于BCALoD的FPSO软刚臂系泊系统疲劳分析

针对软刚臂系泊系统铰节点在服役过程中出现的疲劳损伤问题,提出一种基于原型监测和局部密度双向聚类算法（Bidirectional Clustering Algorithm based on Local Density,BCALoD）的疲劳寿命计算方法。采用BCALoD算法对获得的船体六自由度进行工况分类,运用多体动力学将运动数据转算为受力时程,将其作为铰节点疲劳寿命分析的载荷谱。采用Abaqus软件建立各铰节点有限元模型以计算热点应力,结合Miner线性疲劳累积损伤理论和雨流计数方法计算疲劳寿命。进一步分析评估基于实测数据的铰节点疲劳设计指标,指出该FPSO软刚臂上铰节点的疲劳寿命不足以支持其完成服役,且各铰节点难以统一维护和更换。本研究可为在役软刚臂系泊系统的疲劳寿命计算提供一种新的载荷处理方法,为未来海洋平台的设计提供参考。     

KK型管节点应力集中系数问题研究

采用有限元方法研究了在轴向力作用下KK型管节点应力集中系数与相同尺寸K型管节点的区别,指出在某些情况下用K型管节点应力集中公式分析KK型管节点会造成结构的不安全,必须引起工程界的注意。