海洋平台结构整体疲劳寿命的预测

介绍了海洋平台结构整体疲劳寿命预测的方法与步骤,给出了平台构件等效疲劳应力幅的简化计算方法和预测疲劳寿命的模型,并以渤海八号固定采油平台为例,对平台整体疲劳寿命进行了预测与分析。     

基于ANSYS分析软件的海洋平台局部构造疲劳寿命评估研究

疲劳损伤失效是海洋结构面临的重要问题,而对于裙桩套筒这样的局部复杂结构而言,疲劳寿命评估更为关键。应用ANSYS软件建立了一套海洋平台局部构造疲劳寿命评估流程,通过热点应力外推法,采用疲劳的简化分析方法计算疲劳寿命,并运用该方法验证了某平台裙桩套筒满足疲劳要求。该方法利用了局部结构强度分析的ANSYS应力分析结果,得到的应力幅值更加合理、便利,同时将热点应力外推法融入到疲劳简化分析方法中,具有较高的工程应用价值,可为今后海洋平台其他典型局部构造的疲劳寿命评估提供指导。     

近海平台结构系统疲劳寿命计算方法

本文讨论了近海平台结构系统疲劳寿命计算方法。作为一个算例,文中运用作者开发的近海平台结构疲劳分析程序系统,对渤海一固定式导管架平台进行了疲劳寿命计算。结果表明,本文提供的方法对开展三维模型平台结构系统疲劳寿命估算是可行的。     

基于实测的渤海老龄平台冰振疲劳损伤评估方法

针对现有规范缺乏针对海冰引起的结构疲劳损伤的评估方法与建议,基于实测的老龄平台结构冰振响应特征分析结果,在冰厚、冰速、冰向等方面开展数值模拟,建立平台上部振动响应与导管架热点应力间的数学关系,依据安全寿命分析法提出一种基于现场实测的导管架平台冰振疲劳损伤评估方法。选取我国渤海辽东湾Jz20-2海域某导管架平台进行实例分析,针对不同时段的冰振实测数据,采用本方法确定热点应力标准差、循环次数和相应的疲劳损伤,并与谱分析法得到的疲劳损伤进行对比,验证本方法的合理性。     

新型干树半潜平台疲劳性能分析

干树采油平台具有修井方便、操作成本低、易于维修建造等优势,目前仅成功用于TLP和Spar平台,相比于这两种平台,半潜式平台不受水深限制,易于建造、安装,但运动幅度较大。该文提出一种运动性能较好的新型干树半潜平台,采用谱分析方法对其进行疲劳分析。首先介绍了目前海洋工程领域比较常用的谱分析方法及其流程,然后对在位工况下新型干树半潜平台进行了总体强度分析和总体疲劳估算,确定了疲劳关键部位,最后利用谱分析法对这些关键部位进行疲劳分析,得到了各热点的疲劳寿命。计算结果表明,各关键部位的疲劳寿命基本满足要求,但是比较接近设计寿命,因此在后续的设计中疲劳问题仍需要重点关注。     

在役海洋平台结构的安全性评估

某在役海洋平台于1992年9月建成投产,设计生产年限为20年,现已超期服役,因此必须做好其安全评估工作。三维有限元方法可以很好地用于平台结构的疲劳分析与极限强度分析。通过对平台导管架结构管节点的疲劳分析可知,平台结构在当前海域波浪周期载荷作用下,继续服役5年不会出现疲劳损伤问题,但一些节点已经接近寿命极限;通过对该平台导管架极限强度分析可知,平台的储备能力系数最小为5.4,大于石油行业规范要求的最低1.6的标准,平台具备足够储备能力。     

近海平台结构系统疲劳寿命计算方法

本文讨论了近海平台结构系统疲劳寿命计算方法。作为一个算例，文中运用作者开发的近海平台结构疲劳分析程序系统，对渤海一固定式导管架平台进行了疲芝寿命计算，结果表明，本文提供的方法对开展三维模型平台结构系统疲劳估算是可行的。     

JONSWAP谱参数C和γ对疲劳损伤的影响研究

本文针对JONSWAP谱参数C和γ对疲劳损伤的影响进行研究。目前固定平台设计多采用谱疲劳进行疲劳分析,常用的有P-M谱和JONSWAP谱,对于JONSWAP谱,参数C和γ取值不一样,疲劳损伤也不一样。本文以某项目为例,使用SACS软件对该平台进行对比分析,分析过程中除JONSWAP谱参数C和γ外其他参数均一样。通过对比分析得出结论,参数C值一定,γ值越大,节点疲劳寿命越小;参数γ值一定,C值越大,节点疲劳寿命越大。     

导管架式海洋平台全寿命极限承载力计算研究

对平台在全寿命期内,计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤因素及其随机特性,基于固定式平台结构基底极限抗剪切能力计算方法,发展了一种平台全寿命期极限承载力计算方法。并以一位于墨西哥湾海域处八桩腿导管架平台为例,进行了平台全寿命期内动态承载力计算,同时考虑其随机分布的特性,进行了统计分析,得到平台在每个瞬时服役期内的极限承载力统计量随服役年限的变化规律。     

考虑疲劳裂纹的老龄平台检修规划及经济寿命预测

以服役多年的老龄导管架平台结构为研究对象,考虑老龄退化因素导致的裂纹萌生速率增长以及维修行为的非完好性,分析其对检修间隔变化的影响。计算发现,平台服役后期检修次数增多,且检修间隔相应减小。针对受疲劳裂纹扩展损伤的老龄导管架平台,基于风险分析理论,在确保平台失效概率小于给定失效阈值的前提下,以设计服役期内的平台利润作为决策优化目标,建立起基于利润分析的检修决策模型。通过示例计算表明,该模型可对平台服役期内的检测及维修策略进行评估,并讨论了失效阈值的选取对决策方案的影响。基于经济学的边际利润分析,以平台寿命周期内利润最大为原则,建立老龄平台最优经济寿命模型;通过计算平台结构的边际收入等于边际支出时所对应的服役时间,可获得最优检修规划下老龄平台所能取得的最优经济寿命。该方法对于评估实际海洋石油工程中导管架平台的检修策略与服役寿命有一定的指导意义。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估研究

应用ANSYS软件建立起自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行动力分析,并校核平台桩腿的极限强度和疲劳强度。方法对渤海某自升式平台桩腿进行了强度校核,计算了不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

冰区海洋平台疲劳可靠性评估方法的研究

给出了在随机波浪载荷和冰载荷作用下平台构件疲劳损伤的一种计算方法,并利用该方法分析了平台单个构件和平台整体的疲劳可靠性.用指数函数对波浪和海冰作用下平台构件的疲劳应力、应力循环次数和环境参数的关系进行了拟合,拟合精度很好.根据拟合的指数函数,并基于S-N曲线和Miner线性累积疲劳损伤理论,推导出构件疲劳损伤的计算公式,使构件疲劳损伤的计算过程得到很大简化.在此基础上给出了单个构件的疲劳可靠性计算公式,提出了平台整体疲劳失效的简化判断依据和平台关键失效模式的确定方法,并给出了平台整体失效概率的计算方法.计算实例表明,该方法简单可靠,可以有效地用于工程实际.     

深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳分析

波激疲劳是深水钻井隔水管-导管系统最主要的失效模式之一。综合考虑波浪载荷、钻井平台运动和土壤抗力建立了深水钻井隔水管-导管耦合系统波激疲劳分析方法,实例分析了中国南海某井深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳寿命,识别出了系统波激疲劳关键部位,并与隔水管常规分析模型的计算结果进行了对比。在此基础上,研究了钻井平台运动幅值、顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度对系统波激疲劳特性的影响。结果表明,常规分析模型将隔水管底部看作固定端导致隔水管波激疲劳损伤过大,而本文提出的隔水管-导管系统分析模型能较好地模拟隔水管实际受力情况;隔水管最大波激疲劳损伤出现在下挠性接头处,导管的最大波激疲劳损伤出现在泥线附近;导管是整个系统中波激疲劳性能最薄弱的环节,适当地减小钻井平台运动幅值、隔水管顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度均能改善导管波激疲劳性能。     

基于ANSYS的平台波流载荷下动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析，而且建模简单、计算精度高，可以方便地考虑载荷的随机性。根据ANSYS计算得到的应力，应用管节点的热点应力公式得到平台构件实际的疲劳应力，并使用S-N曲线法计算平台构件的疲劳损伤。对实际的平台进行数值计算，计算出的平台位移最大值和响应周期与现场实际测量值基本一致，这说明计算方法和数学模型是正确的。ANSYS有限元软件可以方便地计算平台结构在波浪、海流载荷下的动力响应和疲劳寿命，是进行平台设计和校核的有效工具。     

考虑温度影响的水下井口疲劳损伤计算方法

水下井口系统与隔水管系统共同构成连接平台与地下油藏的通道。钻井、完井、修井作业过程中泥浆循环导致井筒温度发生变化，并且平台运动、波浪等产生的循环动载荷通过隔水管作用于水下井口，造成水下井口疲劳损伤。首先建立深水井筒温度场计算模型，将温度场计算得到的井筒温度分布施加于水下井口精细有限元模型，采用局部等效方法得到水下井口的等效梁模型，把等效梁模型作为子模型代入隔水管-井口耦合模型中进行水下井口动态响应和疲劳损伤计算，研究泥浆循环作业过程中井筒温度对水下井口疲劳热点处疲劳损伤的影响，并研究不同水泥环返高对水下井口疲劳损伤的影响。结果表明，对于水泥环返高无缺陷的水下井口，50 h内不考虑温度影响时最大疲劳损伤发生在导管接头处，其值为1.00×10^-2；考虑温度影响时最大疲劳损伤发生在套管接头处，其值为3.59×10^-2。当水泥环返高缺陷分别为-2 m和-5 m时，与水泥环返高无缺陷相比，套管（接头和焊缝）的疲劳损伤减小，而导管（接头和焊缝）的疲劳损伤增加，最大损伤均发生在套管接头处，其值分别为3.55×10^-2和3.48×10^-2。     

腐蚀条件下平台桩腿疲劳损伤寿命的预测

介绍了在海水腐蚀环境中海上平台桩腿的疲劳寿命试验 ,得出了桩腿腐蚀试样及光滑试样的S -N曲线及da/dN -ΔK曲线 ,得到了服役海上平台桩腿的疲劳损伤计算方法。考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤 ,给出了这些腐蚀损伤的计算方法。根据疲劳与腐蚀两类损伤的综合评价 ,给出了桩腿实际寿命的预测方法。这种预测方法对在役海上平台的安全可靠性评估具有实际参考价值     

波流激励作用下导管架式升压站疲劳损伤

针对某海上风电升压站导管架平台,采用Miner线性累积损伤准则及雨流计数法理论研究其疲劳损伤.根据该平台图纸建立有限元模型,通过波浪散布图分布情况,计算所有短时海况波流作用下全年范围内不同型式节点的应力时程.借助ANSYS有限元程序计算该平台空间结构型式节点的热点应力幅值.在此基础上,根据规范所推荐S-N曲线数据,评估...     

基于损伤力学的HL级抽油杆疲劳分析研究

抽油杆在使用过程中受到损伤会对其安全性能造成影响。为分析损伤对HL级抽油杆安全性能的影响程度,根据损伤力学原理建立了抽油杆疲劳损伤演化模型,采用有效应力法与ANSYS有限元软件,对裂纹损伤、蚀坑损伤和偏磨损伤3种损伤形式下HL级抽油杆的剩余疲劳寿命进行了数值模拟。通过正交试验分析了3种损伤形式下深度、宽度、角度等影响因素对HL级抽油杆剩余疲劳寿命的影响,并利用多元回归方法得到了疲劳寿命与影响因素的关系式。模拟结果表明,3种损伤形式下影响抽油杆疲劳寿命的因素,按影响程度高低排列:裂纹损伤,依次为裂纹的位置、角度、深度和宽度;蚀坑损伤,依次为蚀坑的位置、深度和半径;偏磨损伤,依次为偏磨的位置、深度和长度。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素回归关系式的调整决定系数分别为82.0%、94.0%和90.9%。研究结果表明:损伤位置对HL级抽油杆疲劳寿命的影响极其显著;裂纹深度、角度,蚀坑深度和半径及偏磨深度的影响显著;裂纹宽度也有一定影响。3种损伤形式下HL级抽油杆疲劳寿命与影响因素的回归关系式,可为判断HL级抽油杆的剩余寿命提供依据。      

海洋立管全尺寸疲劳试验方法研究及标准化应用

为了定量评价海洋立管产品的疲劳寿命,对海洋立管共振弯曲疲劳试验的力学模型进行理论研究,得到该模型的应力幅和固有频率,为海洋立管全尺寸疲劳试验标准化提供理论依据。同时开发了共振弯曲疲劳试验平台,制订了SY/T 7605—2020《海洋立管全尺寸疲劳试验方法》等2项标准,进一步阐述了该标准的主要技术内容,规范了海洋立管全尺寸疲劳试验装置、试样设计与制备、试验结果处理等方面的具体技术要求。根据标准完成了20多组疲劳寿命测试,结果表明,立管系统的疲劳试验方法及焊接工艺较为合理,有助于提升海洋立管产品的质量。