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自升式平台制造技术顶层研究

自升式平台制造技术顶层研究

作者：王玉洁哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

自升式钻井平台是至今为止在近海油气勘探中使用最广泛的钻井装置。本文采用文献调研、船厂生产实际调研、理论分析和对比总结相结合的研究方式,以自升式钻井平台的建造为研究对象,研究了自升式平台发展历程和发展趋势,分析得出400英尺... 详细信息

自升式钻井平台是至今为止在近海油气勘探中使用最广泛的钻井装置。本文采用文献调研、船厂生产实际调研、理论分析和对比总结相结合的研究方式,以自升式钻井平台的建造为研究对象,研究了自升式平台发展历程和发展趋势,分析得出400英尺以上的自升式平台的使用范围将更加广阔;基于船厂建造实际,研究了自升式钻井平台建造方针的编制程序、建造前的准备工作内容,并对自升式平台的船体、悬臂梁、桩腿等的建造工艺方案和平台的总装工艺、下水工艺、系统调试试验进行了梳理,进一步对自升式平台桩腿的建造技术、自升式平台高压管线的焊接技术、无损探伤及检测技术、以及平台下水和主要结构的防腐技术等进行了研究;通过自升式平台建造场地设施的调研,提出了船厂建造自升式钻井平台的核心资源配置及生产管理保障条件等。研究成果可以对船厂建造自升式平台提供有益参考。

关键词：自升式平台主要结构建造工艺关键技术保障条件

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自升式平台桩靴穿刺失效分析与对策研究

自升式平台桩靴穿刺失效分析与对策研究

作者：孙福泰西安石油大学

学位级别：硕士

自升式平台桩靴在上硬下软双土层贯入时,由于地层承载力的急剧下降,会导致平台桩靴发生穿刺事故,对平台结构产生损伤。因此预测贯入过程中遭遇的峰值贯入阻力尤为重要,传统规范推荐方法对于峰值贯入阻力的预测过于保守,而新近发展的预... 详细信息

自升式平台桩靴在上硬下软双土层贯入时,由于地层承载力的急剧下降,会导致平台桩靴发生穿刺事故,对平台结构产生损伤。因此预测贯入过程中遭遇的峰值贯入阻力尤为重要,传统规范推荐方法对于峰值贯入阻力的预测过于保守,而新近发展的预测方法在计算砂土下伏硬粘土的情况下,计算精度仍有很大的提升空间。本文在分析桩靴穿刺失效机理的基础上,考虑由“土塞”效应带来的新“砂-粘”交界面对峰值贯入阻力的影响,通过观察离心机实验和数值模拟贯入过程,假设新交界面为理想圆弧并等效成一定厚度重新考虑了“砂-粘”交界面的抗剪强度,结果显示改进的预测方法针对下伏软粘土和下伏硬粘土的计算中都保持了一致且较好的计算精度。采用仿真软件ABAQUS/Explicit中耦合欧拉拉格朗日(CEL)的大变形有限元(LDFE)方法对桩靴贯入过程进行了分析,模型中考虑了由砂土渐进破坏和粘土应变软化带来的土体强度改变,并通过了土工离心机实验的验证。针对穿刺风险建立了风险分析流程,在研究现有的应对措施基础上,运用ABAQUS软件建立带裙板桩靴贯入土体的模型,并对不同长度的裙板的表现进行了对比分析。通过与实验对比,加装裙板为明显有效的降低峰值贯入阻力的桩靴结构优化方式之一,峰值贯入阻力随着裙板长度的增加而降低,但当裙板长度超过砂土层厚度时,峰值贯入阻力将开始回升,通过研究还确定了最具经济性的裙板长度选择。最后本文通过两个工程现场实例验证了改进的峰值贯入阻力预测方法的可靠性,结果表明该预测方法提升了预压载上限,并且运用文中建立的有限元模型对于研究复杂海底环境尤其在上硬下软双土层的插桩作业具有参考意义。

关键词：自升式平台穿刺峰值贯入阻力大变形有限元裙板

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自升式平台升降系统研究与设计

自升式平台升降系统研究与设计

作者：孙景海哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着社会的发展和科学技术的进步,人类社会对能源的需要越来越大,陆上油气资源经过长期大规模的开发之后,油气资源日渐衰竭,油气资源的开发已从陆地转向海洋。自升式平台是一种海上活动式钻井装备,目前是我国海洋石油勘探中使用最多的... 详细信息

随着社会的发展和科学技术的进步,人类社会对能源的需要越来越大,陆上油气资源经过长期大规模的开发之后,油气资源日渐衰竭,油气资源的开发已从陆地转向海洋。自升式平台是一种海上活动式钻井装备,目前是我国海洋石油勘探中使用最多的一种钻井平台,平台的升降系统是重要组成部分。其性能直接影响到平台的安全及其使用效果。本课题目的是对自升式平台升降系统进行设计与研究。为推动我国海洋油气勘探开发事业提供技术支持。本文介绍了自升式平台的国内外发展概况和平台升降系统结构组成、工作原理、工作过程。根据自升式平台升降系统的设计要求,提出了升降系统的总体结构设计方案,即齿轮齿条升降方案。设计了单根桩腿的升降系统的机械结构。分析了自升式平台的作业环境,计算了自升式平台所受的风力、波浪力、海流力,为升降系统的设计与桩腿的分析提供了必要依据。在总体方案的基础上对升降系统的桩腿、固桩架、升降装置和锁紧装置等进行了详细设计。完成了桩腿在着底状态下整体强度分析、局部强度分析和拖航状态下桩腿的动力分析。利用ANSYS软件对升降系统的齿轮齿条和齿形楔块齿条采用有限元方法进行了接触强度分析。验证了升降系统设计的合理性。设计了升降系统的液压系统。包括：液压系统原理图的设计、执行机构的计算、液压泵的选型。

关键词：自升式平台升降系统结构设计强度分析液压系统

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自升式平台仿生桩靴设计与作业评估

自升式平台仿生桩靴设计与作业评估

作者：吴文乐江苏科技大学

学位级别：硕士

现役自升式平台存在桩土连接刚度低、刺穿和滑移事故率高、拔桩阻力大等问题,无法满足钻井作业深水化趋势及工作安全性要求。为此,提出“复合仿生”理念,基于螺壳独特的膨胀层特性和蛋壳优异的流线型结构,开展自升式平台仿生桩靴设计与... 详细信息

现役自升式平台存在桩土连接刚度低、刺穿和滑移事故率高、拔桩阻力大等问题,无法满足钻井作业深水化趋势及工作安全性要求。为此,提出“复合仿生”理念,基于螺壳独特的膨胀层特性和蛋壳优异的流线型结构,开展自升式平台仿生桩靴设计与作业评估,具体研究内容如下:(1)以螺壳表面螺旋部、缝合线以及蛋壳轮廓形状为基础,开展轮廓扫描试验,分别对两者的形状特征进行统计;通过Hypermesh软件提取特征点,利用Origin软件推导并拟合出符合要求的两种螺旋线、体螺层曲线以及蛋壳轮廓线的数学表达式;最后结合Matlab软件和皮尔逊相关系数对拟合出的曲线进行验证,保证曲线与生物原型的高度吻合。(2)通过分析现有的桩靴承载力理论公式,研究单层、多层地基的插桩阻力;接着运用孔扩张理论推导出基于SMP准则的插桩阻力,并与土工试验进行对比;然后分析国内外拔桩阻力的理论公式;最后对理论公式在实际应用和仿生桩靴中的可行性进行分析。(3)结合体螺层特点及函数,构建桩靴下半部分的螺壳形仿生模型;结合蛋壳钝端特点及蛋形函数,构建桩靴上半部分蛋形仿生模型。研究螺壳形仿生模型与蛋形仿生模型之间的复合机制,进而建立“螺壳-蛋壳”形桩靴复合仿生模型。运用仿生桩靴与土壤耦合力学行为分析方法,利用Abaqus数值分析方法,分析“螺壳-蛋壳”形仿生桩靴插桩工况下的插桩载荷与深度的定性关系。最后在后处理过程中研究插桩工况下土壤流动失效模式,并分析土壤流动失效对插桩载荷的影响机制。(4)利用Abaqus数值分析方法,在不考虑渗流-应力耦合情况下研究拔桩阻力变化,并与在渗流-应力耦合情况下的插桩阻力进行对比。其次,通过有限元方法,研究两种桩靴上下表面的孔隙压力变化;最后,研究拔桩工况下土壤流动失效模式,并分析土壤流动失效对拔桩载荷的影响机制。

关键词：自升式平台螺壳蛋壳桩靴仿生

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自升式平台桩腿结构强度分析

自升式平台桩腿结构强度分析

作者：丁勇上海交通大学

学位级别：硕士

自升式平台由于其定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居主力军地位。但由于海洋平台所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、波浪、海流和潮汐及其它不确定载荷往往对平台结构的安全构成极大的威胁。本文使用有限元软... 详细信息

自升式平台由于其定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居主力军地位。但由于海洋平台所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、波浪、海流和潮汐及其它不确定载荷往往对平台结构的安全构成极大的威胁。本文使用有限元软件ANSYS建立自升式平台模型，根据设计工况和环境载荷进行有限元分析计算，校核桩腿和桩靴的强度和稳定性，从而为海洋平台给出较为全面的桩腿结构安全状况评价。本文的研究具有重要的理论价值和一定的应用前景。本文首先介绍了自升式平台的工作原理和结构;研究了升降系统的原理,并分析比较了各种升桩机构型式的特点，选取了电动齿轮齿条升桩机构结构形式;阐述了桩腿和桩靴的设计。然后,研究了自升式平台的正常作业工况、迁航工况、升降工况和自存工况，以及在各种工况下的静载荷和环境载荷。同时重点研究计算了环境载荷中的风载荷和波流载荷，明确自升式平台的载荷受力情况，为桩腿和桩靴强度分析计算提供了数值依据。最后建立了自升式平台的有限元模型，计算了在各种工况下平台的强度。结果表明桩腿和桩靴的强度，以及桩腿的稳定性都通过校核。

关键词：自升式平台升降系统桩腿环境载荷有限元方法强度校核

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自升式平台在位结构强度评估非线性方法研究

自升式平台在位结构强度评估非线性方法研究

作者：高腾东北石油大学

学位级别：硕士

随着海洋油气资源勘探开发逐步向深水发展,自升式平台所处的海洋环境条件愈加恶劣。由于自升式平台整体结构柔性较大,随着工作水深的增加,振动频率降低,对环境激励的响应愈加明显,极易发生共振现象,造成整体结构响应过大而影响使用安全... 详细信息

随着海洋油气资源勘探开发逐步向深水发展,自升式平台所处的海洋环境条件愈加恶劣。由于自升式平台整体结构柔性较大,随着工作水深的增加,振动频率降低,对环境激励的响应愈加明显,极易发生共振现象,造成整体结构响应过大而影响使用安全性。因此,对自升式平台在位工况进行非线性动力响应分析和性能评估就显得尤为重要。本文就自升式平台在位结构强度评估非线性方法研究展开了以下工作:（1）分析并确定了自升式平台在位工况下的风、波浪及海流载荷。着重对比分析了约束New Wave波浪理论相对于确定性波浪理论（设计波）和完全时域模拟的随机波浪理论的优越性,即在综合考虑实际波浪的随机性、谱性和非线性的基础上通过预设最大波高节省了计算机时;采用Welch算法验证了选择P-M谱作为波浪功率谱的有效性。（2）开展了自升式平台在位工况下的非线性动力响应分析,以确定惯性载荷。首先,在建立结构、桩基及波浪载荷模型基础上,进行了自升式平台模态分析,通过分析结果验证了非线性弹簧桩基模型相对于固支、铰支和线性弹簧三种桩基模型的合理性和有效性;其次基于约束New Wave波浪理论和非线性弹簧桩土模型,进行了平台的非线性动力响应分析,通过对比动态及准静态响应分析的结果,计算了甲板最大位移、基底剪力和倾覆力矩的动力放大系数,从而确定了平台的惯性载荷;相对于随机波浪法,验证了所提方法的有效性。（3）基于动力分析确定的惯性载荷,进行了自升式平台在位工况下的非线性结构强度评估。不同于动力分析模型,在静态结构强度评估时建立了详细的自升式平台三维有限元模型;施加载荷除了风、波浪和海流载荷之外,还包括功能载荷、P-△效应和惯性载荷,在此基础上对平台结构进行屈服结构强度评估和屈曲强度评估,评估结果满足要求。

关键词：自升式平台非线性动力响应结构强度评估约束NewWave理论动力放大系数

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自升式平台就位放桩过程运动及强度分析

自升式平台就位放桩过程运动及强度分析

作者：何堃天津大学

学位级别：硕士

本文研究了桩腿下放过程自升式平台的动力响应,并确定平台的触底力,提出平台放桩过程的运动和强度分析方法,对平台整体进行触底安全校核,这对于保证自升式平台就位过程的安全具有重要的指导意义。本文综述了国内外自升式平台的发展... 详细信息

本文研究了桩腿下放过程自升式平台的动力响应,并确定平台的触底力,提出平台放桩过程的运动和强度分析方法,对平台整体进行触底安全校核,这对于保证自升式平台就位过程的安全具有重要的指导意义。本文综述了国内外自升式平台的发展历程及现状,总结了国内外在研究自升式平台动力响应及结构强度分析方面的研究进展,并分别使用SESAM软件和Ansys软件,根据某自升式平台图纸资料及操船手册,建立了该平台精细的几何模型、水动力有限元模型及结构有限元模型,考虑两种海况,在SESAM中计算了自升式平台在就位放桩过程中的动力响应,分析了平台发生触底时桩腿的下放高度及桩靴入泥深度,根据土壤特性曲线计算出平台的触底载荷,使用Ansys软件对平台触底时的结构强度进行了校核。计算结果证明:在风速21节、最大波高2.5m、周期4s海况下平台就位时,平台结构不会发生损坏,因此,该海况下自升式平台可以就位;在风速27节、最大波高3.5m、周期5s海况下平台就位时,平台结构不会发生损坏。因此,该自升式平台可安全就位。

关键词：自升式平台就位放桩动力响应触底安全校核

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自升式平台齿轮齿条升降机构强度分析

自升式平台齿轮齿条升降机构强度分析

作者：张卿中国石油大学

学位级别：硕士

在海洋石油勘探开发中,自升式海洋平台是使用数量最多的平台。自升式平台主要采用齿轮齿条升降系统,目前的升降系统均需要进口。自升式平台齿轮齿条强度是我国自主研发自升式平台升降系统的关键技术之一。本文的研究内容主要有以下几个... 详细信息

在海洋石油勘探开发中,自升式海洋平台是使用数量最多的平台。自升式平台主要采用齿轮齿条升降系统,目前的升降系统均需要进口。自升式平台齿轮齿条强度是我国自主研发自升式平台升降系统的关键技术之一。本文的研究内容主要有以下几个方面: 1、齿轮齿条的啮合是一个动态过程。本文首先采用ANSYS软件建立了齿轮齿条的二维数值模型,基于该模型研究其在预压升降过程中齿面和齿根的应力变化;2、根据齿轮齿条啮合的二维动态分析结果,确定齿轮齿条在啮合过程中的危险位置,进一步建立齿轮齿条的局部三维数值模型,对齿面和齿根做进一步精细分析。通过分析齿轮齿条在不同啮合位置时的Von mises应力和齿面接触应力的分布情况,并将其与公式计算结果相比较,认为基于有限元方法的数值结果可以作为该齿轮齿条强度分析的依据;3、应用齿轮齿条三维精细分析结果,对齿根过渡圆角和齿条齿宽进行了优化。研究结果表明,适当增大齿条齿宽可以减小齿轮齿条的接触应力,增大齿轮齿条的齿根圆角半径可以提高齿轮齿条的齿根弯曲强度;4、考虑到齿轮齿条啮合接触的超高应力,部分区域已进入塑性,因此本文建立了含硬化层的齿轮齿条三维弹塑性数值模型。对于硬化处理失败和硬化层被磨损掉的齿轮,则按无硬化层的弹塑性数值模型处理。本文对上述2种模型均采用ANSYS系统进行了系统分析,研究了其塑性变形和塑性区域范围,并与弹性接触结果相对比,为齿轮齿条的结构设计提供了基础力学数据。

关键词：自升式平台齿轮齿条强度 ANSYS系统 3D弹塑性接触模型

自升式平台水密桩靴内部介质与桩靴结构承压性能计算分析

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船海工程 2021年第4期50卷 105-108页

作者：曲健冰王飞中国船级社海洋工程技术中心天津300457 中海油田服务有限公司钻井事业部北京101149

根据不同填充介质(不同的海水与空气比例)压缩特性下自升式平台水密型桩靴变形与内压的变化情况,利用有限元计算得到桩靴变形(体积压缩量)与内外压力差值之间的关系和回归公式,给出反应内部介质、桩靴内压和桩靴容积变化量关系的解析方... 详细信息

根据不同填充介质(不同的海水与空气比例)压缩特性下自升式平台水密型桩靴变形与内压的变化情况,利用有限元计算得到桩靴变形(体积压缩量)与内外压力差值之间的关系和回归公式,给出反应内部介质、桩靴内压和桩靴容积变化量关系的解析方程组。利用某400 in自升式平台桩靴的实例定量绘制了在100 m水深下空气含量与桩靴内压支撑之间的关系曲线,通过曲线了解到水密桩靴中的空气对内外压差影响的显著性,提示水密桩靴作业中的风险点,给出水密桩靴设计中计算载荷的建议。

关键词：自升式平台桩靴水密受压