内孤立波载荷作用下钻井船动力定位性能

采用自主编写的动力定位时域仿真程序,以某钻井船为例,对内孤立波载荷进行建模并进行时域仿真。将内孤立波纳入环境载荷中,得到船舶在内孤立波下的动力定位时域仿真结果。获得船舶的作业窗口区间为 。结合船舶运动响应与推进器功耗情况对船舶动力定位性能进行评估,并提出船舶遭遇内孤立波时的海上操作建议。     

内孤立波作用下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性

中国南海内孤立波自然环境频发,内孤立波下深水锚泊平台-隔水管系统动力学失效风险高,为此建立了内孤立波下的深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学模型及分析方法,开发了深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学求解器,开展内孤立波下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性分析,识别内孤立波下深水锚泊平台与隔水管系统的动力响应、耦合作用规律以及隔水管系统安全弱点。结果表明,在内孤立波作用下深水锚泊平台向内孤立波传播方向运动,当内孤立波波峰到达平台中心位置时锚泊平台的偏移达到最大,然后锚泊平台逐渐向初始平衡位置运动并最终趋于稳定;内孤立波促使隔水管系统顶部向内孤立波传播方向偏转,导致隔水管系统对锚泊平台运动产生一定的促进作用;当锚泊平台位移最大时隔水管系统关键参数响应值最大,但隔水管系统上球铰转角峰值时间有一定的滞后性,下挠性接头转角是内孤立波下的深水钻井隔水管系统安全弱点。     

基于OpenFOAM软件的内孤立波生成模拟及试验

为探究OpenFOAM软件在内孤立波生成模拟方面的可靠性,建立小型内波水槽,采用重力塌陷法生成内孤立波进行物理试验。基于OpenFOAM建立等尺度数值水槽,采用流体体积模型的不可压缩、绝热、不可溶多相界面捕捉求解器multiphaseInterFoam,设置空气-硅油-水三相流体,模拟生成内孤立波。将数值模拟所得波幅、波形、波速等数据与试验和理论解进行对比。结果表明,该方法模拟生成的内孤立波与物理试验和理论解均吻合较好,具有较高的精度,可进一步应用于研究内孤立波的演化特性及其与结构物相互作用研究中,在物理海洋学和军事海洋学都具有重要的应用价值。     

自升式钻井平台悬臂梁载荷图谱编制方法研究

悬臂梁载荷图谱是自升式钻井平台使用者安全操作平台的重要参考依据。通过分析X型悬臂梁的结构与载荷特点,建立简化力学模型,以悬臂梁单臂可承受最大弯矩为约束,找到悬臂梁及钻台位置与载荷间的相互关系。结合典型位置的载荷设计值,采用适当插值方法编制悬臂梁载荷图谱。算例分析验证了该方法原理正确、计算快速简便、结论可靠。     

自升式钻井平台悬臂梁载荷试验研究与方案设计

本文在研究国内外自升式钻井平台悬臂梁载荷试验常规方案的基础上,结合F&G L780 MODⅡ型自升式钻井平台工程实践,设计了一种以称重水袋做为钻具提升系统试验载荷形式的方案,并对方案中涉及的称重水袋悬挂及连接形式设计、撑杆设计与强度校核、与顶驱吊耳连接的延板工装设计与强度校核、称重水袋加载与卸载方案等内容进行了论证,对钻台立根盒及悬臂梁管架区的载荷方案进行了论述。通过试验实施,验证了方案设计。本课题的研究,为自升式钻井平台悬臂梁载荷试验建立了一套有效的试验方法,具有重要的实践意义和广阔的应用前景。     

深水半潜式钻井平台关键部位波浪载荷敏感性分析

以我国第一艘拥有自主知识产权的第6代深水半潜式钻井平台为目标平台,基于线性三维绕射理论,采用线性载荷谱分析法和有限元法,在前人进行总体强度分析的基础上,选取2个典型组合工况分析了连接平台主体结构的关键部位对波浪载荷的敏感性,分析结果可为半潜式平台的波浪载荷分析、疲劳节点选取等提供参考。     

悬臂式钻井平台悬臂梁振动特性研究

根据海上悬臂式钻井平台的结构特点,结合海上作业的实际情况,考虑平台受到的均布载荷与集中载荷,建立了悬臂式钻井平台在作业状态条件下的力学模型,并推导出了悬臂梁挠曲方程和振动频率求解方程.通过算例,分析了悬臂梁外伸距离、甲板质量、井深等对钻井平台振动频率的影响规律.本文研究结果对提高井口及井下工具作业安全有指导意义.     

自升式钻井平台安全作业载荷动态效应的准静态分析

国内外都在加速对海洋油气资源的开发利用,而恶劣的环境则是影响近海自升式平台作业安全的主要因素之一,国外近年来有20多条平台因飓风（台风）沉没或严重受损;国内目前对自升式平台在极限环境条件下的安全性研究较少,在作业中采取了比较保守的策略,加之向海外市场扩张,使我国有限的钻井平台资源供需矛盾日渐凸显。为此,通过运用动态效应的准静态分析法,对钻井平台承受的风、波、流等环境载荷、惯性力和自身载荷等参数进行了计算,同时对其桩腿、升降/锁紧系统、船体等主要结构和预压载性能、桩靴承载性能、抗倾覆性能、最大弹性变形量等主要参数进行了校核,并以现今主流的JU2000E船型自升式钻井平台为例,进行了相关的环境参数的校核演算。该项技术已在中国沿海及海外自升式钻井平台作业市场进行了100余次应用检验。结果表明,准静态分析法的分析过程简捷,评估的准确性高,平台作业的安全性取得了满意效果。     

非均匀海流、表面波与内孤立波共同作用下钻井隔水管准静态分析

针对我国南海内孤立波活动频繁的实际情况,建立了非均匀海流、表面波和内孤立波联合作用下钻井隔水管的准静态分析模型,并分别采用Airy线性波理论和两层流的Kd V理论计算表面波和下凹型内孤立波的速度和加速度,利用有限差分离散和LU分解法求解钻井隔水管的静态微分方程。方法验证结果表明,本文方法与其他文献结果吻合较好,具有较高的可靠性。实例分析结果表明,表面波和内孤立波分别在相位角为12°和0°时对隔水管的准静态性能影响最大;内孤立波使上层流体中隔水管的横向偏移、弯矩、Von Mises应力大幅增加;在内孤立波波谷对应深度附近,隔水管弯矩呈台阶状突变,剪力呈尖峰状突变;内孤立波振幅越大、上下两层海水密度差越大,内孤立波对隔水管受力与变形的影响越剧烈。建议加强我国南海各油气区内海洋内孤立波的监测和预测,更好地指导海上钻井隔水管安全作业。     

深水钻井平台钻机大钩载荷计算方法

在浅水平台钻机大钩载荷计算方法基础上,针对下隔水管与防喷器、下套管以及起下钻等作业工况,基于弹性杆振动理论,给出了合理确定深水钻井平台钻机大钩载荷的计算方法.以某深水钻井平台设计工况为例,确定了3000m水深、10000m井深条件下所需的大钩载荷,讨论了平台升沉运动幅值、运动周期以及钻井泥浆密度对钻机大钩载荷的影响,所获得的结论可供深水钻井平台设计和深水钻井作业参考.     

内压和轴向载荷作用下开孔薄壁短圆筒屈曲的数值研究

采用有限单元法对内压和轴向载荷联合作用下带开孔薄壁短圆筒的屈曲现象进行了数值研究.研究模型分3组,第1组在同一部位具有不同的开孔直径;第2组在不同的位置开有相同直径的孔;第3组同一位置有相同开孔和不同的内压.结果表明,在内压和轴向载荷联合作用下的薄壁短圆筒,开孔直径对临界屈曲载荷的影响远大于开孔位置的影响.随着开孔的增大,薄壁短圆筒的临界屈曲载荷迅速下降;随着内压的增大,薄壁短圆筒的临界屈曲载荷也迅速下降;开孔直径不变时,开孔位置越靠近固支端,薄壁短圆筒的临界屈曲载荷越大,并且在远离固支端的筒体的中上部区域内存在最危险位置.     

考虑内孤立波的钻井船动力定位能力分析

采用自主编写的动力定位分析程序,以某钻井船为例,将内孤立波计入环境载荷进行动力定位能力计算并与传统动力定位能力结果对比,根据计算结果绘制动力定位能力曲线,获得钻井船的作业窗口,发现内孤立波对钻井船动力定位能力有着较大影响,尤其波向在30°,45°和135°,150°影响最为显著。结合推进器失效工况对钻井船动力定位能力进行评估,提出钻井船遭遇内孤立波时的海上操作建议。     

半潜式钻井平台内波工况定位能力

采用MOSES软件建立动力定位半潜式钻井平台分析模型,在时域内模拟平台在钻井作业过程中遭遇内波作用的耦合动力特性,分析平台在不同流速内波作用下的定位能力,并对动力定位系统的关键因素进行敏感性分析。研究结果显示：在同等环境载荷强度下,平台在船宽方向出现最大偏移;当内波流速小于1.0 m/s时,平台可基本满足钻井作业的定位要求,而当内波流速达2.0 m/s时,平台出现大幅值的水平偏移和倾角,需要解脱隔水管系统;提升推进器推力和增加推力敏感因子都有助于提升平台的抗内波能力,但都无法明显减小平台的水平偏移。因此,在遭遇高流速内波作用时,推荐平台撤离或调整船体首向。     

钻柱振动载荷对钻压影响的研究

应用机械振动理论，对钻柱在地层随机激励作用下的振动问题进行了研究。结果表明，在地层随机激励作用下，钻柱的振动将会引起钻压的波动，从而影响钻头的寿命及其钻进的速度。     

深水半潜平台波浪载荷计算的设计波方法研究

采用确定性设计波法、随机性设计波法和长期预报三种不同方法对深水半潜平台波浪栽荷计算进行研究。综合考虑了波陡、海域、回复期、波浪谱形式等因素对设计波结果的影响,对不同方法的计算结果进行了对比分析。针对南海海域工作的深水半潜平台波浪载荷计算方法提出合理建议,分析结果可为同类半潜平台波浪裁荷计算提供参考。     

海洋内波能量耗散的数值研究

为了研究单频内波在白噪声的干扰下传播时的能量耗散率问题，采用高精度谱方法对其进行数值计算，分析了内波传播过程中内波振幅大小和海水的普朗特数（Pr）对能量耗散率及内波破碎期持续时间的影响。结果显示，内波振幅越大，三个时期（破碎前期、破碎期和破碎后期）的平均能量耗散率越大，内波越早破碎，破碎时间越短；内波在海水中传播，Pr越大，破碎前期平均能量耗散率越小，而破碎期平均能量耗散率越大，破碎时间越短。研究成果可为内波能量耗散率和破碎时间的量化提供理论指导。     

内波、内潮汐沉积研究现状与进展

内波、内潮汐沉积是近10多年来沉积学研究的一个新领域。简要介绍了海洋学方面有关内波、内潮汐的认识、观测和研究,回顾了内波、内潮汐沉积的研究历程．重点介绍了已发现的内波、内潮汐沉积的特征、沉积层序、微相类型、沉积模式以及深海大型沉积物波的内波成因机理,阐述了内波、内潮汐沉积的研究意义．最后指出了当前该研究领域中存在的问题。     

钻井平台上台阶机器人的设计与优化

钻井平台上经常出现高度不规则的台阶。为了提高机器人单次攀爬台阶的高度,从结构变形和底盘抬升等方面入手,提出一种可以依托立柱登上不同高度台阶的机器人。使用有限元软件对机器人的关键零部件进行了仿真,并设置质量最小、工作时变形最小为约束条件对机器人结构进行优化。试验结果表明:机器人可以依托带托盘的立柱和滚珠丝杠结构实现攀爬台阶的功能,立柱的高度和丝杠的长度可以影响机器人攀爬台阶的高度;机器人的限质量为35 kg时,升降铝板最合适的厚度为6. 5 mm;机器人依托立柱悬挂时会出现变形,将升降铝板从与立柱相切的安装位置沿中线方向移动4. 0 mm,可以在保证完成上台阶动作的同时,最大限度地减小变形。研究结果可为需要攀爬较高台阶的机器人设计提供参考。