海洋平台管节点有限元分析中的若干问题研究

就海洋平台管节点有限元分析中的模型建立、网格划分、边界处理等若干问题进行了研究，得出有参考价值的结论。     

海洋生产立管应力单根设计与制造方法研究

为了攻克海洋生产立管应力单根的设计和制造技术,建立了应力单根的理论模型,采用材料力学经典理论推导了应力单根结构设计和强度校核公式,给出了应力单根的设计和计算方法,建立了三维有限元分析模型。有限元计算结果表明,最大应力出现在应力单根最上端的外表面,按照相关标准进行强度校核,结果满足标准要求。同时介绍了应力单根常用的材料及其适用范围、应力单根焊接方法、深孔加工设备等制造工艺以及应力单根内外表面的防腐措施。     

海洋生产立管接头特殊螺纹有限元分析

为了适应海洋水下生产立管的苛刻工况,设计了一种顶端张紧式生产立管螺纹接头,并采用有限元接触分析模型对该接头进行了相关的力学分析。通过Abaqus有限元软件计算对比了接箍螺纹与管体强度,模拟立管的上扣过程,计算最佳上扣扭矩,研究了该模型在上扣扭矩、上扣和内压、上扣和拉伸、上扣和拉伸及内压四种载荷下的密封性能。有限元分析结果表明,密封面接触压力随内压的增加而增加,单轴拉伸载荷使得密封面的接触压力有所减小,拉伸载荷和内压共同作用时密封面上的接触压力呈增加趋势,但是增加的幅度要比仅受内压作用时小。该海洋生产立管特殊螺纹的强度优于管体,密封性能可靠,满足设计要求。     

基于WORKBENCH对海洋平台海管立管保护架的应力分析

运用workbench15.4软件对KL3-2海洋石油平台海管保护架进行应力分析,给出不同载荷工况下的整体应力分布,依据分析设计准则判定结构受力满足材料的许用应力,确定此保护架结构设计是安全的。     

绕管式换热器管板有限元应力分析

由于绕管式换热器管板计算尚无成熟的方法和标准,本文采用有限元应力分析法对绕管式换热器管板进行了分析计算,得到了其受力特性和应力分布规律,并对该管板进行了应力强度评定。     

海洋柔性立管弯曲限制器非线性建模及参数敏感性分析

为防止柔性立管在应用过程中发生过度弯曲,设计弯曲限制器对立管进行保护。针对海洋立管弯曲限制器所受荷载以及工况要求,采用有限元分析软件对弯曲限制器及立管组合结构进行非线性建模,讨论设计参数和材料参数对其自身防止立管弯曲性能的影响。根据曲率变化和应力分布情况进行性能评估及优化,得到相应结论,对弯曲限制器的设计提供一定的支持与参考。     

焊接残余应力对深水立管力学性能的影响

在J型铺管时,焊接质量对于钢悬链线立管能否安全服役有着很大的影响。在系统研究焊接残余应力分布规律的基础上,运用整体模型和局部模型相结合的方法,研究了立管焊接残余应力对深水立管力学性能的影响。建模时使用ABAQUS软件模拟焊接过程,利用DFLUX子程序进行二次开发来编译双椭球热源模型,将焊缝及附近区域的网格进行加密细划。分析结果表明,焊接残余应力对深水钢悬链线立管焊缝中心线附近的强度影响很大,对于立管整体来说,焊接塑性区存在的范围很小,即使应力过大也不会造成承载面的全屈服而发生立管的塑性断裂;在焊接残余应力影响下,各水深立管管段所受的平均应力幅值均有所增大,疲劳损伤增加;J型铺管时建议采取一定的应力释放措施,以保证钢悬链线立管在使用年限内能够安全服役。     

局部区域布管固定管板热交换器应力的有限元分析

基于有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了温度载荷与压力载荷同时作用下的局部区域布管固定管板热交换器整体有限元应力计算,对有限元应力计算结果进行了相应的应力分析。     

新型深水立管悬挂装置减振及疲劳抑制效果分析

研究了工作水深1 000m的钢悬链线立管动力特性及其悬挂端的疲劳寿命特征,并提出一种减缓立管振动和提高立管悬挂端疲劳寿命的方法。设计了一种新型的立管悬挂装置,该悬挂装置采用与陀螺仪类似的多环万向节结构。计算后对比发现:设计的立管悬挂装置不但可以降低立管的振动频率和振动幅值,消除悬挂端的应力集中,还能明显提高立管的疲劳寿命;新型悬挂装置可以使前25阶振动频率平均降低到原来的4.55%,最大振幅平均减小到原来的5.07%;同种工况下,立管的最大弯曲应力减少了1.3×107 Pa,疲劳寿命提高到原来的3.4倍。     

双金属复合管塑性成型有限元模拟

随着高含二氧化碳、硫化氢及元素硫等油气田的相继出现，油管、套管的腐蚀问题越来越突出，并直接影响到油气田的经济开发和安全开采。针对机械复合管塑性成型过程中的力学问题进行了有限元模拟研究，建立了模拟双金属复合管塑性成型的参数化有限元力学模型。通过有限元模拟研究，得出了双金属复合管所需的最小成型压力和成型后内外管间的结合力，分析了双金属复合管在塑性成型过程中内外管的接触压力、径向应力应变等力学特性。计算实例表明，该模型的几何尺寸、材料模型以及加载压力等参数均可以根据计算需要设定，可用于模拟不同材质和不同尺寸的双金属管在塑性成型过程中的力学特性研究。     

Strength and Stability Analysis of Deep Sea Drilling Risers

In order to analyze the influence of vortex-induced vibration on the strength and stability of marine drilling risers, a simplified analytical model was established and a method for calculating vortex-induced dynamic response was developed. A case study indicated that at primary resonance, first-order dynamic displacement response is greater than higher-order mode responses, but the influence of dynamic moment and shearing force of higher-order modes cannot be ignored. The natural frequency of risers decreased sharply with increasing length of the riser, but increased with increasing top tension. Various factors should be considered to avoid vortex-induced vibration in practical application, and the influence of vortex-induced vibration could be estimated by calculating the fatigue lifetime of riser.     

深海脐带缆内套管间相互作用的研究

深海脐带缆是连接上部控制装置和海底生产系统的生命线,其内部各套管之间的相互接触作用是影响脐带缆安全性的一个重要因素。建立脐带缆局部有限元模型,分析其在不同工况下相关应力的变化。分析结果表明:摩擦系数对该模型的最大等效应力、接触应力均有影响,尤其在载荷大到一定程度时对摩擦应力影响较大。     

重复压裂裂缝转向的ANSYS有限元模拟

运用ANSYS10．0软件对重复压裂的应力场进行了模拟计算,结果表明初次人工裂缝的存在,引起近井眼处应力极大值与极小值发生转向,重复压裂将产生垂直于初次裂缝方向上的新裂缝。根据断裂力学应力强度因子准则对重复压裂新裂缝的转向过程进行了有限元模拟,绘出了新裂缝转向的轨迹;重复压裂新裂缝开始垂直于初次人工裂缝,在延伸过程中进行不断地转向,最终基本和水平最大主应力方向平行。     

EM-MWD信号沿钻杆传输模型有限元分析

提出一种EM-MWD系统信道模型的有限元分析方法。该方法主要以钻杆作为EM-MWD系统的接收天线,通过对钻杆上的电流分布情况进行有限元分析,计算地下电场或电压的分布情况。与非对称偶极子信道模型进行仿真对比,验证该方法的正确性。对影响信道传输的地层、钻井液、钻杆的电阻率和载波频率、地面接收距离等5个主要因素进行了分析,认为钻井液和钻杆的电阻率对信号传输的影响比较明显,地面检测两极之间的距离一般取50m为佳。     

台风应急期间深水钻井隔水管悬挂撤离安全分析

对于半潜式钻井平台,常规应对台风的程序是回收所有的钻井隔水管,航离台风路径,但是回收隔水管的作业时间较长,有时无法保证回收所有的隔水管,因此,悬挂隔水管可能无法避免。为保证钻井平台悬挂隔水管航行时隔水管的安全,以悬挂状态下的隔水管为研究对象,考虑隔水管动态张力、弯曲应力、隔水管转角及与月池的空间干涉等因素,利用有限元分析方法建立了悬挂模式下的隔水管轴向动力学模型。利用该模型,以南海某超深水井(水深2 460 m)为例,分析了不同悬挂模式、钻井船撤离航速、航向对隔水管安全性的影响。结果表明:硬悬挂模式下,航速为2 kn时,安全撤离航向为0°~45°;软悬挂模式下,航速为2 kn时,安全撤离航向为0°~90°;同样海况条件下,软悬挂模式允许的钻井船航速比硬悬挂大。这表明软悬挂撤离模式比硬悬挂撤离模式对波流载荷的适应能力要强,悬挂隔水管避台风撤离时,应优先选用软悬挂模式。      

有限元粘滞弹性波VSP地震模型

本文根据粘滞弹性理论导出粘滞弹性波有限元运动方程，研制成功有限元粘滞弹性波ＶＳＰ地震模型程序，并对砂岩透镜体粘滞弹性波模型进行正演计算，获得了满意的结果，文中还从理论上分析了粘滞弹性对地震波的衰减特征，并与有限元数值解进行了对比，进一步证实本文所述有了元算法的正确性与有效性。     

海洋并列立管涡激振动参数分析

利用流体动力学（CFD）方法,分析并列布置立管流场的特征;研究雷诺数和并列立管间距对流场的影响;分析上下侧立管流场参数,包括升力系数、曳力系数、斯特劳哈数等变化规律,并与孤立立管流场参数进行对比,为并列布置立管涡激振动分析提供必要的流场参数,同时为立管群涡激振动分析提供参考。分析发现,并列立管之间的相互作用会使漩涡泄放增强,导致两管柱升、曳力系数升高。因此海洋多立管常规分析方法中,忽略管柱相互影响计算的升曳力是不准确的,具有一定的风险性。     

柔性立管移位工程方案研究

Lazy-wave型立管系统因其独特的架构设计使其在立管着陆区域具有高强度和较好的抗疲劳性能。本文较详细地展示了该型立管系统的基本架构和设计实例,同时列举了一个由于管道终端(PLET)发生腐蚀而不能正常工作,在需重新设计管道终端的条件下进行的柔性立管系统移位的工程案例,并介绍了相关的设计经验。