齿条对桁架腿水动力特性影响的试验研究

齿轮齿条系统是自升式海洋平台最常用的升降系统,关于齿条结构对桁架式桩腿水动力特性影响的研究相对较少。为此,采用模型试验的方法,以桁架式桩腿作为研究对象,分别进行光滑模型和带齿模型的水动力试验。基于ABAQUS有限元软件进行复杂桁架式结构波流载荷的理论计算,运用瞬时值法、最小二乘法和试凑法推求出试验条件下的水动力系数,从载荷和水动力系数两方面分析齿条结构对桁架腿水动力特性的影响。研究结果表明,齿条结构的存在使得桁架腿的波流载荷和水动力系数有不同程度的增大。因此,在平台设计过程中齿条结构对桁架腿水动力特性的影响不可忽略。所得结论可为自升式海洋平台波流载荷的计算提供数据支持。     

发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战

海洋石油开采的成本随水深的增加而增长。水越深,环境越恶劣,对钻井和采油平台的要求越苛刻。为迎接深水钻井和采油的挑战,20世纪80年代开发出集中海洋结构设计、制造、安装、智能定位、控制、石油开采、检测与安全适时评定等现代高新技术的张力腿平台。阐述了这类平台的结构及特点、研究内容与设计流程,并对张力腿平台最难以解决的动力响应研究进行了分析。张力腿平台满足了深水石油开采的需要,是1829m水深范围内钻井和采油的理想设备。     

张力腿平台钻井支持模块结构有限元分析

为了对张力腿平台上部钻井支持模块进行较为精准的结构有限元分析,必须采用合理的方法模拟张力腿平台的运动对上部模块产生的影响。为此,采用SEASAM软件建立张力腿平台的水动力分析计算模型,通过计算得到张力腿平台X、Y、Z这3个方向的极值加速度和加速度时程曲线。采用ANSYS软件建立该平台上部的钻井支持模块结构有限元模型,以对结构施加惯性力的准静力方法来考虑平台运动对上部模块产生的影响,通过对比分析论证了准静力方法的合理性。最后使用准静力方法对各工况下的钻井支持模块进行结构有限元分析,得出上部钻井支持模块的结构强度和变形均满足要求。研究结果可为张力腿平台上部模块结构设计提供研究思路。     

南海张力腿平台气隙计算方法

气隙是张力腿平台性能的重要指标之一。通过对张力腿平台气隙设计要求及影响因素进行分析,给出了张力腿平台气隙预报模型。以流花16-2油田为例,结合张力腿平台前端工程设计研究项目,采用气隙简化估算公式、数值模拟和模型试验相结合的方法进行了气隙计算。计算结果表明,在前期工程设计或初步设计时,可采用本文给出的简化估算公式快速计算气隙,对于最终设计气隙,建议以数值模拟和模型试验相结合的方法来确定。本文提出的张力腿平台气隙设计方法可为南海今后类似张力腿平台设计提供借鉴。     

南海内波对TLP平台运动和受力影响

张力腿平台(TLP)因其运动性能优良、技术成熟,在深海油气田被广泛应用。南海海域环境条件较为恶劣,尤其是台风和内波对深水浮式平台设计带来了新的挑战。采用Sesam软件,通过时域耦合分析方法对南海海域某TLP平台的运动性能进行分析,对比了不同海况下内波对TLP平台运动、张力腿张力的影响。结果表明,内波对平台运动和受力有较大影响。该研究结果可为南海海域TLP平台的设计分析提供参考。     

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。     

张力腿平台电力系统应用研究

张力腿平台(Tension Leg Platform,TLP)是一种通过张力腿系统固定在海底的浮式海洋平台。张力腿能够保证平台在风、浪、流的作用下保持位置并限制平台的运动。电力系统设计是海洋工程众多领域中的一个专业,而电力系统研究对于张力腿平台在位安全作业起着至关重要的作用。该文提出了张力腿平台电力系统设计的基本原则和设计要求,其理论分析对同型平台的设计具有一定指导和借鉴意义。     

南海张力腿平台涡激运动响应研究

张力腿平台(TLP)是一种深吃水的立柱式平台,南海流速特征可诱发其较大的涡激运动,影响立管和张力腿系统的设计。从南海张力腿平台的前端设计项目出发,对涡激运动产生机理、关键特性进行论述。同时,结合拖曳实验,发现TLP平台在与来流垂直的方向上会发生的最大涡激运动响应,且存在锁定区间。研究工作对张力腿平台的工程设计具有借鉴意义。     

变截面立柱张力腿平台船体结构整体强度评估

张力腿平台的设计需要兼顾在位运动性能与建造方案的可实施性。通过研发一种变截面立柱张力腿平台并进行结构设计,阐述了平台设计载荷与设计工况,给出了应用有限元方法进行结构强度评估的流程,采用设计波法完成了在位极端工况下船体结构总体强度分析,结果显示平台各组件结构应力满足设计要求。证明此种张力腿平台在保留立柱圆形截面提供良好位运动性能的前提下,通过采用变截面立柱结构设计形式减少空船吃水可以满足国内建造场地及航道的要求。     

张力腿平台上部组块总体布置研究

张力腿平台作为主要的深海石油平台形式之一,得到了广泛的应用,其结构主要由上部组块、船体、张力腿和桩基础等组成。上部组块总体布置对张力腿平台功能的实现,重量重心的控制,船体总体性能的优化起到举足轻重的作用,因此需要对上部组块的总体布置进行深入研究。本文首先介绍了张力腿平台的特点及类型,以中国南海某油田张力腿平台开发方案为实例,对张力腿平台上部组块总体布置要点进行系统分析总结,为我国深海张力腿平台的设计提供参考。     

半潜式医疗平台设计及水动力性能分析

采用模块化设计思路,提出半潜式医疗平台开发新思路。借助计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术对病房通风系统的效果进行数值模拟,并对比不同方案通风系统的效果。在最佳设计方案的基础上,进一步分析半潜式医疗平台在复杂海洋环境中的水动力学响应,重点分析其水动力性能对人员舒适程度的影响规律。结果表明：当进风口与排风口布置在同侧时,通风效果对伤病员最佳;该医疗平台具有良好的水动力性能,可满足医疗工作的稳定性要求。     

半潜式平台水动力性能研究

介绍了近年来国内外关于半潜式平台水动力性能的研究,包括垂荡运动性能、低频运动性能、气隙问题、涡激运动,以及基于水动力分析的参数优化设计和新概念设计等,并对水动力性能数值预报方法进行了分析。     

深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近，主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点，针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减，并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数；基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)和固有周期，并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明：深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期；平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响，低频特性明显；垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大，垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好，适应南海海况，所得结果可为工程应用提供相关参考。     

Spar型浮式风机平台设计与水动力响应分析

参考Truss Spar型油气平台的结构形式,以NREL 5 MW为目标风机,提出一种Spar型浮式风机平台的概念性设计。利用海洋工程软件AQWA计算该平台在作业和极端海况下的水动力响应。研究表明,该平台具有良好的水动力性能,并且在极端海况下也具备一定安全性。     

基于水深截断的深水系泊系统计算

以工作水深为1 500 m的半潜式钻井平台为目标平台,依据600 m等效水深截断的试验结果,通过数值重构计算模型的对比分析,得到可用于全水深计算的水动力参数,并对1 500 m全水深的运动响应和系泊缆受力进行评估。评估结果表明,水深截断可用于深水系泊系统的初步设计。     

水深对半潜式平台运动响应及设计波的影响

该文采用Morison方程和绕射理论相结合的方法,在不同水深情况下运用挪威船级社开发的SESAM程序,对半潜式海洋平台进行了水动力分析。依据有条件的建模方法（CMA）和一次逆可靠度方法（IFORM）确定百年一遇波高一周期的等概率曲线,设计了一组百年一遇波浪海况,用于平台进行水动力分析和短期预报。对某半潜式平台在不同水深下进行了运行响应分析和纵向剪切力等六个波浪载荷分析预报,计算了平台结构极限强度分析的设计波。     

导管架平台上部组块双船拆除

为研究复杂海域环境中海洋平台双船拆除方法的安全性与可操作性,采用水动力数值计算与水池模型试验相结合的方法进行研究.将双船水动力耦合计算与水池模型试验进行对比,在相对理想海况下,结合与实际工况接近的规则波作用,进行驳船水动力性能变化与运动响应的幅值分析.在受力分析方面,对甲板耦合装置进行改良设计,对比试验数据与数值计算数...     

涡轮钻具水力设计与分析方法应用现状研究

涡轮钻具是一种重要的钻井工具,涡轮叶型线特征是其水力性能设计与分析的关键因素。在分析涡轮钻具水力工作原理的基础上,研究了涡轮钻具水力性能设计研究现状,详细比较分析了涡轮钻具水力性能设计的理论方法、计算机建模与仿真及水力性能试验分析方面的研究现状与发展水平,提出了计算机辅助设计及理论分析。与试验修正相结合的综合研究方法是涡轮钻具水力性能设计与分析的重要方法,对涡轮钻具水力部件的主要问题与发展趋势进行了展望,为涡轮钻具的水力设计提供参考。     

半潜式平台四立柱波浪爬升及气隙试验

采用模型试验方法对半潜式平台近场干涉、波浪爬升和气隙分布等关键问题进行较为系统的研究。在海洋工程水动力学试验规程的指导下完成系泊模式下半潜式平台水池模型试验。通过布设光学非接触式六自由度传感器、电阻式钽丝、力传感器、浪高仪等测量设备，获取平台瞬态运动响应、立柱壁面波浪爬升、内场气隙分布等测量参数，系统地分析不同波陡参数、散射参数对平台气隙的影响。结果表明：波陡参数对内场气隙分布影响较大，当波陡参数取0.12~0.15时，平台运动幅值较大，平台边缘的气隙较小；由于波浪爬升效应，立柱附近气隙小于内场。研究结论对平台设计和安全运营具有一定的指导作用。     

不同撑管结构的半潜式平台极限强度比较研究

半潜式平台的结构型式对于其水动力性能、总体强度以及制造加工等都有着一定的影响。半潜式平台发展到第六代,除了撑管型式和数量外,整体结构已无较大区别。以“海洋石油981”平台为主体,分别参考“981”、GM4000D、GVA7500的撑管型式以及无撑管结构进行建模。通过比较其运动响应和极限强度,分析撑管型式对平台性能的影响,对深水半潜式平台型式的选型以及未来半潜式平台的发展方向提供一定的参考价值。