海上浮装关键装置对接过程动力分析

进行了上部组块海上浮装对接作业过程中关键装置LMU与DSU的受力分析,明确了上部组块浮装过程对接动力学分析的目的,具体给出了上部组块浮装对接过程中LMU与DSU受力分析的方法以及环境工况的划分方法等。研究结果表明,上部组块浮装对接过程中,LMU垂向受力和DSU横向受力的最大值发生在上部组块重力100%转移至LMU时刻,而LMU横向受力和DSU纵向受力的最大值发生在LMU与插尖刚刚建立接触而载荷开始转移的瞬间。相关方法与结论可为大型结构物海上浮装过程作业提供参考。     

桩腿耦合缓冲器载荷-位移特性的有限元分析

运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit,着重对LMU的垂向载荷—位移特性曲线进行准静态的数值模拟,并详细讨论了橡胶与钢材摩擦系数及橡胶垫层数对于载荷—位移曲线的影响,为LMU的优化设计提供参考意见。     

C形密封圈结构的有限元分析

针对C形密封圈大变形和非线性特征,考虑其由橡胶和钢组成的复合材料模式,利用ANSYS对C形密封圈在快开盲板中安装和使用的高度非线性接触问题建立影响密封性能主要因素的分析模型,分析了接触压力随各个参数的变化规律.其结果对提高C形密封圈的研究设计水平,改善密封圈的性能具有一定的理论意义和指导作用.     

基于响应面法的分级注水泥器结构优化

分级注水泥器在实际使用过程中结构刚度不能完全达到固井需求，经常由于结构变形造成循环孔打开或关闭失败。为此，采用响应面优化方法对分级注水泥器本体和滑套的5个关键尺寸参数进行改进，以达到提高结构刚度的目的。优化结果表明：采用拉丁超立方试验设计法的计算结果拟合出滑套最大变形量与质量，本体总变形、径向变形及质量的响应曲面；根据拟合的响应面，通过多目标遗传算法预测出滑套和本体设计变量的最优参数组合，并进一步构建了相应的优化模型；通过对滑套及本体进行热流固耦合分析可得，优化后滑套最大变形量减少了47.3%,本体最大总变形量减少了32.0%,本体最大径向变形量减少了62.7%。所得结论可为分级注水泥器设计提供理论参考。     

大型储罐钢穹顶稳定性分析研究

大型储罐穹顶大部分采用钢穹顶结构或钢穹顶与混凝土穹顶的组合结构。现有大型储罐的直径已经达到70～100 m,不管采用何种结构形式,钢穹顶的稳定分析都是重中之重。文章采用国际通用有限元分析软件ABAQUS,对某项目储罐的钢穹顶进行了材料和几何的双重非线性稳定分析,并且对不同设计参数的分析结果进行了对比,希望这些对比的结论能够对类似工程有一定借鉴作用。     

六级分支井分岔装置有限元仿真分析研究

采用有限元仿真方法,根据结构失稳理论分析六级分支井分岔装置在20 MPa内压作用下相贯线部分出现鼓包变形问题。首先,模拟双相钢和IF钢不同壁厚、管径的六级分支井分岔装置在内压作用下的变形及应力分布,并测量分岔装置最大鼓包变形量与位置。然后,通过未加压分岔装置相贯线截面与加压变形后相同位置截面对比分析,发现相贯线截面存在的结构几何缺陷与厚度缺陷导致分岔装置变形,得出六级分支井分岔装置结构失稳极值点位置和导致最大鼓包变形的最大几何缺陷;在内压作用下,六级分支井分岔装置相贯线部分产生的变形主要是不稳定结构趋向平衡稳定结构变化的过程。该项研究结果对分岔装置的稳定性设计和校核具有重要意义。     

射孔侵彻过程固井水泥环损伤影响因素分析

射孔是连通油层与井筒的主要手段之一,射孔起爆产生的聚能射流在侵彻过程中会破坏水泥环的完整性,影响油井安全。为了分析射孔过程水泥环的损伤程度及其影响因素,建立了水泥环损伤分析数值模型。采用ALE算法描述射孔弹药型罩,模拟高速金属射流的非线性大变形; 采用Lagrange算法描述套管-水泥环-地层,模拟动态冲击载荷作用下水泥环的力学响应; 获得了评价水泥环损伤程度的塑性应变等关键数据。通过室内物理试验,验证了模型的有效性,并在此基础上,基于正交试验方法设计数值模拟方案,定量分析了水泥环损伤的影响因素及其影响规律。研究结果表明,水泥环材料参数及射孔弹装药量是影响水泥环损伤程度的主控因素,水泥环强度影响权重最大,水泥环厚度与射孔弹装药量次之; 聚能射孔侵彻过程中,水泥环表现出明显的脆性特征,随着影响参数的变化,损伤程度非线性变化。研究结果对合理选择射孔参数,完善水泥环抗损措施具有一定参考。     

井下牵引器扶正机构扶正臂优化设计

井下牵引器扶正机构扶正臂的弹性系数与其结构参数密切相关,在设计时需进行优化。现有文献中采用的方法侧重于选定设计时的参数验算,不适用于优化设计阶段。鉴于此,采用"伪刚体模型"法,将井下牵引器扶正机构扶正臂的非线性几何变形的分析转化为利用刚体机构理论来求解,避免了对非线性弹簧函数进行复杂的微积分运算,用虚功原理分析井下牵引器扶正机构扶正臂的受力、变形及结构参数之间的关系,建立了力学模型,得到在扶正臂长度及曲率半径不变的情况下,随着横截面高度的增加,扶正臂工作在正常管径和缩颈区域最大应力值的变化幅度随之增加的结论,优选出适用于150 mm管径的井下牵引器扶正机构扶正臂的结构参数。研究内容提供了一种对非线性大变形机构进行优化设计的简单方法。     

缓冲装置LMU陆地安装方法设计及实践

缓冲装置LMU是大型组块浮托安装中必不可少的一个装置,常规的LMU安装方法是通过浮吊吊装的方式安装在海上就位的导管架的腿上,花费相对较高,并且受到气候窗口的影响,存在一定的安全隐患。为了降低海上施工的费用和安全风险,设计了一种新的LMU陆地安装的方法,并研发了一套辅助安装框架。该方法是利用安装框架作为支撑,通过滑移框架在安装框架上进行LMU滑移提升安装。HZ25-8 DPP大型组块的安装实践表表明,本文方法具有操作简便快捷,人力投入少,作业风险低等特点,能够满足工程项目的需求。     

封隔器胶筒轴向压缩大变形与双重接触力学分析

压缩式封隔器胶筒属大变形材料,在坐封过程中与中心管、套管产生双向接触摩擦,给理论分析带来难度。鉴于此,考虑胶筒材料非线性、几何非线性及双重接触非线性,采用弹性力学理论和橡胶大变形本构关系,推导了胶筒坐封过程中的变形和接触压力计算公式,根据力学基本理论建立胶筒变形方程。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段,利用载荷迭代法求解各阶段的接触压力和压缩量。提出以密封系数作为封隔器坐封的判别条件,密封系数越大,表明密封性能越好;通过密封系数不小于1来判断封隔器是否完全坐封,由封隔器承受的最大压力来判断适用于何种深度的压裂井。该项研究结果可为封隔器设计提供理论依据。     

桁架结构几何非线性优化设计及其在石油井架设计中的应用

本文应用结构线性优化设计与结构几何非线性静力分析的成果,提出了桁架结构几何非线性优化设计的方法,并应用于石油井架设计之中。文中推导了几何非线性优化设计的迭代算法,导出了在几何非线性问题中的敏度分析公式,提出适用于结构几何非线性优化设计的结构近似重分析方法。并应用该法编制的程序,计算了石油井架的有关实例。结果表明,本方法对于大柔度结构的设计是十分必要的,一些石油井架用本方法进行设计将使结构更加经济可靠。     

弹性力学有限元几何非线性轴对称程序及应用

当结构较为复杂时,解析的方法对大变形弹性结构的计算就显得无能为力了。这时常要借助于数值法,可用有限元法解决这类问题。本文介绍一可在IBM-PC及其兼容机上运行的有限元几何非线性轴对称程序。该程序可用来解决几何非线性大变形元件的设计计算问题。使用牛顿—拉斐逊法,其切线刚度矩阵的推导较复杂,本文介绍了切线刚度矩阵的推导,并举出应用实例两个。     

海洋导管架平台碰撞动力分析

利用ANSYS/LS-DYNA程序可以进行结构动力大变形、复杂非线性准静态问题以及接触、碰撞问题的分析。尝试采用ANSYS/LS-DYNA显式方法建立船舶与导管架平台的碰撞动力分析模型,利用自动接触算法,得出了不同情况下碰撞过程中能量转变和平台上层甲板中心动力响应规律,以及碰撞点最大Von mises应力和变形,并验证了所分析结果的准确性。利用本文分析方法可以对海洋工程构件碰撞损伤程度进行预测;本文分析结果可为平台设计和损伤评估提供参考依据。     

非线性对石油井架承载力的影响

对JJ300/43-A型井架进行了非线性有限元分析,采用空间梁单元,通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题,采用弧长法迭代计算,最终得到考虑几何和材料双重非线性情况下井架钢结构的极限承载力.计算结果表明,采用几何和材料双重非线性的分析方法能准确评估井架的极限承载力.为深入研究井架结构的安全度和可靠性评定提供了分析基础.     

压缩式封隔器三级胶筒多重非线性力学分析

分析了压缩式封隔器胶筒在井下分层压裂的密封性能。针对不同硬度胶筒组合和胶筒材料、几何及双重接触三重非线性问题,根据力学基本理论,采用微元法建立胶筒变形齐次非线性方程组。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段。从而推导出各个阶段不同硬度胶筒组合的变形公式,利用载荷迭代法求解胶筒在不同轴向力下的接触压力和压缩量。为多级胶筒选择和封隔器设计提供理论依据。     

水泥环缺失套管安全系数计算及规格优选

长庆马岭油田水力压裂过程中套管变形问题频繁发生。针对该问题，考虑直井段地层力学特性变化、直井段套管内压变化，建立了水泥环环状缺失套管应力计算模型，分析了缺失位置套管应力以及安全系数随井深变化规律，研究了套管内压对于套管安全系数的影响规律，计算了不同钢级、壁厚套管的极限井深。研究结果表明：水泥环环状缺失导致套管应力显著增加，最大应力处出现在水泥环完整和缺失界面位置；随着井口压力的不断增加或井深的不断增加，缺失处套管应力不断增加，安全系数不断降低。提升套管钢级和降低径厚比都有利于套管安全系数的提升，保持合理的内压是防控水泥环缺失段套管变形的有效防范措施，最终形成了一种水泥环环状缺失时套管规格优选方法。研究结果可为马岭油田套管钢级和壁厚的优选提供依据。     

含水泥环的变形套管修复过程实验

油气田现场经常凭经验确定旋压整形器修复变形套管所需的修复力和扭矩,而不合理的整形力或扭矩容易造成变形套管和周围水泥环的二次损伤及卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上分别制作了无水泥环(水泥环完全损伤)、水泥环部分损伤和水泥环未损伤等3种类型的P110SS变形套管,并采用?126 mm和?133 mm的2种旋压整形器对3种变形套管进行整形测试,得到了变形套管整形所需的整形力和修复扭矩、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明:(1)修复过程中整形力与扭矩整形时间的关系密切——弹性变形阶段,随修复时间增加环向应变呈线性增加,整形力和扭矩早期呈缓慢增加后期保持不变,塑性变形阶段套管开始屈服,随修复时间增加环向应变呈非线性增加,整形力和扭矩急剧降低,直到整形工具通过变形套管,直到整形力和扭矩降低到最低为止;(2)修复后的回弹量不可避免且较大(2.90~3.04 mm),表明水泥环的损伤程度对变形套管的修复具有较大影响;(3)水泥环未损伤的变形套管修复所需机械载荷大于水泥环部分损伤变形套管所需机械载荷,带水泥环变形套管修复所需机械载荷大于无水泥环变形套管所需的机械载荷。     

自升式风车安装船站立状态总体强度分析

该文阐述了自升式结构物在站立状态时船体结构总体强度分析的基本理论和方法,对自升式风车安装船在站立状态下的船体结构总体强度进行了评估。基于风浪流环境条件和插深的设计依据,确定了自存、作业和预压载三种设计工况下需开展的计算工况。在船体结构总体强度分析中考虑了动态放大载荷的影响和非线性放大以及P-delta效应的影响,并对船体梁的中垂变形量进行了分析。结果表明,船体结构在站立状态下的总体强度和刚度满足了DNV规范要求。     

井下仪器板簧的大变形计算

井下工具及测井仪器上大量应用的板簧扶正器是利用板簧的弹性变形使工具位于油井中心位置或形成仪器与井壁间压力,借以向井壁发射信号及接收信号。微电极测井仪的极板部分如图1所示,其中1为板簧,2为与板簧联接的极板。当仪器下井时板簧变形,对称装置的极板2间的距离缩小,仪器被压缩在油井中,因而形成极板与井壁间的压力。板簧变形与井壁间压力之间关系是扶正器设计中的关键问题。从工作情况看出:板簧工作过程中有大的位移,而板簧结构内部的应变是微小的。因而,用小变形线性方程计算必然有大的误差,故板簧变形计算必须以大变形非线性来处理之。众所周知,在小变形     

扩张式封隔器胶筒力学性能分析

为了适应海上油田大排量反洗井的要求,开发了液控扩张式封隔器可洗井分注技术。对扩张式封隔器胶筒材料进行了力学性能测试,并系统地进行了封隔器胶筒结构有限元分析技术的研究。研究结果表明,封隔器胶筒橡胶的应力-应变呈非线性关系,随着温度的升高,橡胶材料强度会变弱,在温度为65℃时橡胶材料强度达到最低,继续升高温度,橡胶材料强度又会增加;当封隔器处于内压20.0 MPa工作状态时,上、下胶筒座的应力水平最高,最大Mises应力为413.2 MPa;在胶筒中,外层胶筒两端应力水平最高,可达46.4 MPa,胶筒两侧应变能密度最大;封隔器处于工作状态时,其肩部变形最大,伴随着压力的增加,变形的趋势减缓,应变能密度与工作压力基本呈直线关系。所得结果可为扩张式封隔器的结构设计提供理论依据。