新型抗冰隔水套管组合研究与应用

针对常规双层隔水套管组合钢材用量大、作业难度大、施工时间长、油气田开发成本高等问题,提出了一种新型抗冰隔水套管组合,该组合充分利用了隔水套管和技术套管一体化整体结构.建立了新型抗冰隔水套管组合抗冰能力计算模型,利用有限元软件ANSYS对新型抗冰隔水套管组合与常规双层隔水套管组合的抗冰能力进行了对比分析.新型抗冰隔水套管组合具有很好的抗冰能力,能够满足海上钻完井施工安全需要.该项研究成果已在渤海A平台得到了应用,与采用常规双层隔水套管组合相比,减少了钢材用量,缩短了施工时间,节约了大量的作业费用.     

冰环境条件下平台结构设计相关问题探讨

在总结冰环境条件下固定式平台结构设计经验的基础上,探讨了适用于渤海的抗冰平台结构形式,如导管架结构总体布置、平台飞溅区结构支撑形式、隔水导管和立管结构布置、冰区钢结构材料选取要求等。结合目前平台冰载荷计算方法,分析了平台结构设计中面临的主要问题和挑战,对渤海冰环境下平台结构的优化设计提供了有益的参考。     

滩海油田开发生产中的抗冰技术

总结了我国滩海油田的冰情及其抗冰问题。介绍了自持抗冰能力的浅海油田固定式生产设施,如人工岛、混合(混凝土)结构重力式平台、抗冰锥形主体桩基平台等的结构、应用范围及应用实例。论述了浅海油田海上平台和设施的外设抗冰防护技术,包括抗冰桩;以抗冰桩为骨架的模块化自稳式(堆积冰重力式)防冰堤;以混凝土沉箱防冰堤模块为骨架的模块化重力式防冰堤;由防冰堤和桩基平台组成的浅海油田生产设施;坐底式钻井平台的水下基台。提出了发展滩海抗冰技术的建议,今后应加强和完善冰情的监测和资料的积累,加强冰情及抗冰技术的研究。     

冰荷载对导管架海洋平台的作用研究

介绍了冰荷载的类型和计算方法,并以渤海海洋平台为例,进行了阻塞冰荷载作用下平台整体极限承载力分析,得到了结构抗冰能力曲线。同时,还利用动冰力模型研究了冰激平台振动。     

浅海井口抗冰装置有限元法分析

对辽东湾浅海单井井口保护装置采用Φ762mm隔水导管直接抗冰的可行性进行研究；采用多种三维混合单元建立了一典型井口装置的有限元计算模型。该模型利用有限差分原理真实地反映了地层对结构的约束。计算结果表明，在辽东湾浅海60cm单层平整冰的作用下，结构的位移和应力都在许可范围之内，隔水导管内加固的水泥层对增加结构强度具有不可忽视的作用。计算结果和现场4a多的应用表明，用增厚的隔水导管直接抗冰是可行的。     

浅海井口抗冰装置结构计算的有限单元法

对辽东湾浅海单井井口保护装置采用隔水套管直接抗冰的可行性进行了研究。采用多种三维混合单元建立了一典型井口装置的有限元计算模型,该模型利用有限差分的原理真实地反映了地层对结构的约束。计算结果表明,在辽东湾浅海的60cm单层平整冰作用下,结构的位移和应力都在许可范围之内,最大位移为结构的顶部,最大应力发生在隔水套管与表层套管的上部连接环板上,而隔水套管内加固的水泥层对增加结构的强度、抵抗外载荷的作用起了不可忽视的作用。计算结果和现场两年多的应用表明,用增厚的隔水套管直接抗冰是可行的。     

浅海井口抗冰装置结构计算的有限单元法

对辽东湾浅海单井井口保护装置采用隔水套管直接抗冰的可行性进行了研究.采用多种三维混合单元建立了一典 型井口装置的有限元计算模型,该模型利用有限差分的原理真实地反映了地层对结构的约束.计算结果表明,在辽东湾浅 海的60cm单层平整冰作用下,结构的位移和应力都在许可范围之内,最大位移为结构的顶部,最大应力发生在隔水套管 与表层套管的上部连接环板上,而隔水套管内加固的水泥层对增加结构的强度、抵抗外载荷的作用起了不可忽视的作用. 计算结果和现场两年多的应用表明,用增厚的隔水套管直接抗冰是可行的.     

基于模型冰试验的多腿柱导管架平台结构最大冰载荷计算新方法——以渤海绥中36-1油田AII井口平台为例

针对绥中36-1油田AⅡ井口平台上部组块载荷不能满足桩基承载力安全系数规范要求的问题,在总结抗冰结构设计实践的基础上,进行了模型冰试验。基于模型冰试验结果,提出了新的多腿柱导管架平台结构最大设计冰载荷的计算方法,解决了设计冰力与实际受力之间差别过大而导致的桩基承载力安全系数不能满足规范要求的问题,对今后井口平台、综合平台基础导管架抗冰设计具有一定的参考价值。     

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。     

海冰与极地钻井立管相互作用数值模拟

明确典型极地半潜式平台钻井立管结构的基本力学特征,采用海冰离散元软件分析慢、中、快冰速下不同水平刚度立管所受的冰载荷及海冰破碎特性。结合已有的柔性窄结构冰载荷模型,发现所研究模型在慢冰速和快冰速下适用于极地钻井立管,但冰速条件不一致。基于ANSYS软件对立管的抗冰性能进行数值模拟,结果表明立管的抗冰性能较差,需要采取抗冰措施。     

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。     

渤海湾海冰压缩强度测试研究

渤海湾处于冬季结冰的区域,冰荷载是结构设计的主要控制荷戢。目前,渤海湾存在很多石油平台,未来几年海上风力发电将在该海域兴建。对于导管架平台、海上风电基础及海上升压站平台等抗冰结构而言,海冰的挤压破坏强度引起的极值冰力最为重要,因此确定该海域海冰压缩强度,对结构设计中冰荷载的计算是非常重要的。对压缩强度的主要影响因素(应变速率和冰温)进行了分析,并与已有的相关结论进行了比对。     

自浮动升降式抗冰锥体方案研究及结构设计

目前应用于海上石油平台导管架的抗冰锥体是固定式的,锥体部分设置于平均海平面的位置,抗冰锥体不能随海平面上的冰层变化而变化,因此也就不能在潮差段变化范围内发挥抗冰作用。提出了一种新型的自浮动升降式抗冰锥体方案,可实现抗冰锥体随海平面潮差变化自动升降,保持抗冰锥体始终位于防冰、破冰效果最佳位置上,从而提高抗冰锥体的抗冰能力,有效减弱冰激振动对平台导管架的疲劳破坏作用。     

极端冰况下的导管架平台解决方案

针对在严寒地区海冰对导管架平台结构的冲击这种特殊海况,提出了一种新型抗冰结构形式--正倒三角形简易导管架平台结构,使用模态和冰激理论进行计算机模拟,考虑风载的影响因素,对比新老平台结构进行了冰振反应分析,探讨了这种结构对减轻冰力和结构反应的作用.结果表明能有效地减少冰板对平台的冲击.     

正倒锥体抗冰结构中粘弹性阻尼器的应用研究

叙述了在正倒锥体抗冰结构中增设粘弹性阻尼嚣对导管架平台进行减振控制的应用研究，并对该结构在简谐荷载和简化冰力激励下的幅频响应进行了计算分析，在此基础上．对粘弹性阻尼器参数的选取提出了建议。     

锦州9-3单沉箱的海冰爬升和堆积研究:Ⅰ.计算方法

在海洋冰区中,沉箱(人工岛)在抗冰方面比传统的桩基式平台具有很大的优越性,但沉箱设置引起的海冰爬升和堆积也威胁它的有效利用。在详细分析了运动海冰与沉箱的碰撞、海冰的爬升和堆积全过程的基础上,建立了海冰相对于沉箱的爬升和堆积模式。     

有无正倒三角形结构平台的动态分析对比

针对严寒地区海冰对海洋导管架平台结构冲击造成的危害,提出一种新型抗冰正倒三角形简易导管架平台。这种平台由正三角形抗冰结构、倒三角形抗冰结构、铁皮、保护桩、主导管架和支撑桩组成。应用SACS计算软件,采用Maattanen的自激振动理论模型对新型葵花101平台和旧平台的动态响应、基底剪力和力矩等性能数据做了模拟对比分析。分析结果表明,新型正倒三角形结构是一种较好的抗冰结构形式,可有效地防止冰力对平台的冲击,保护平台的安全。     

锦州9—3单沉箱的海冰爬升和堆积研究：Ⅰ.计算方法

在海洋冰区中，沉箱在抗冰方面比传统的桩基式平台具有很大的优越性，但沉箱设置引起的海冰爬升和堆积也威胁它的有效利用，在详细分析了运动海冰与沉箱的碰撞、海冰的爬升和堆积全过程的基础上，建立了海冰相对于沉箱的爬长和堆积模式。     

较深水导管架隔水套管悬挂平台的研制及工程应用

由于受到导管架平台顶水平层强度、作业水深、吊高、隔水套管强度、自由站立等因素的限制,东方1-1WHPF导管架首节隔水套管不能直接入泥,需悬挂在导管架上进行首节和第二节隔水套管的组对焊接工作,而导管架顶水平层强度不足,使得海上工程进度受阻,因此需根据其结构特点设计隔水套管悬挂平台,以提高导管架顶水平层强度。通过对东方1-1项目WHPF导管架隔水套管的力学分析及根据导管架EL.+7.5 m水平层强度及结构特点,设计了安装在导管架平台上的隔水套管悬挂平台,并利用ANSYS软件对其进行三维建模,分别对预挂2、3、4根φ762 mm(4节)隔水套管的悬挂平台进行结构强度分析,确定了合理的设计、安装、使用方案。工程应用表明,导管架平台安装了隔水套管悬挂平台后,解决了平台水平层悬挂强度不足的问题,悬挂的隔水套管数量增加到了4根,明显地提高了隔水套管安装作业效率,节约了船天数。     

钻井隔水导管自振特性及对海上钻井作业安全的影响研究

本文针对自升式钻井平台隔水导管在钻井作业中的工作状态,采用结构力学多自由度系统的自由振动研究方法,建立了隔水导管与防喷器系统的集中质量悬臂杆体系.本文通过求解主振型的位移方程和频率方程,得到了隔水导管系统的自振频率.根据常用钻井条件下的钻井隔水导管和防喷器的工程参数,结合自升式钻井平台工作实际情况,计算结果考虑不同水深条件下自振频率和作业海域的波浪周期,对于在不同海域,提出了在可能发生谐振的海域和水深情况下,作业者从隔水导管串与防喷器设计到钻井作业过程中,应该注意采取的工程措施,为制订合理的设计和工程参数,避免隔水导管发生损坏,保障钻井作业安全,提供了科学的决策依据.