基于工程临界评定(ECA)的海洋油气导管架平台结构裂纹评定

针对已发现结构裂纹的海洋油气导管架平台,基于工程临界评定(ECA)技术,形成适用的结构完整性评价及维修周期策略制定方法,并对某导管架平台进行了案例分析。使用莫里森方程(Morison equation)对目标平台进行了水动力学分析,估算了平台关键节点的极限载荷。通过有限元分析方法及热点应力线性外推法对关键节点进行了热点应力评估。通过帕里斯公式(Paris'law)对关键节点处裂纹扩展行为进行了相关模拟,求解目标裂纹尖端应力强度因子。通过失效评定图(FAD)对相关裂纹进行了ECA评估,给出了临界裂纹范围。结合临界裂纹深度和裂纹扩展关系,给出参考维修周期。结果表明:管架水平杆与立管相连节点为易于受疲劳损伤杆件。通过失效评定,该结构裂纹深度方向失效以塌陷失效为主,裂纹长度方向存在塌陷失效和裂纹失效可能。针对案例分析中平台,建议考虑临界裂纹深度5.3 mm,临界裂纹半宽长度9.8 mm。如发现0.5~2.0 mm的裂纹,建议在13.2~5.2 h内完成维修。该方法可推广应用于周边海域相似海洋油气平台已发现裂纹评定。

考虑溜桩效应的海上风电导管架基础稳定性分析

导管架桩基沉桩及打桩过程中遇到软弱土层会发生溜桩现象,导致桩周土体重塑,侧摩阻力降低,从而影响桩基稳定性。因此,开展考虑溜桩效应的导管架基础承载特性研究对于海上风电工程安全至关重要。以东海某风电场为工程背景,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,分析溜桩效应对导管架基础承载特性的影响规律,得到以下结论:沉桩过程中发生溜桩,深度为19.6 m;打桩过程中发生溜桩,深度为19.0 m;溜桩对上拔桩和下压桩的承载特性影响差别不大;侧摩阻力折减系数对导管架桩基挠度影响显著,最大增幅达到309.1%;对导管架桩基弯矩影响相对较小,最大增幅为57.6%。

废弃导管架沉降过程动力学分析

针对当前海上石油平台退役后处置的问题,将废弃导管架再利用为人工鱼礁成为了最具可行性的方案之一。为避免切除后的导管架在沉降时产生结构破坏,对其布放后的动力学进行了分析。基于莫里森方程推导了水动力学模型,建立导管架与海床平面的接触模型及碰撞模型,对导管架沉降过程进行了动力学研究。同时,利用动力学软件ADAMS模拟了导管架在3种不同初始倾角下的沉降过程,采用有限元分析系统ANSYS Workbench对着底后的导管架进行强度分析。结果表明,随着导管架的投放倾角的增大,沉降的稳定速度减小;底棱触底时冲击力较小但应力更大,约为15 MPa,尤其在中部区域较为明显。研究可为合理规划导管架的布放和设计提供参考,也为优化导管架的布放过程提供理论支撑。

海上风电项目中导管架基础施工技术研究

导管架基础作为海上风电场的重要基础结构,广泛应用于浅水和中等水深的区域,因其施工技术成熟、承载能力强、适应性好,已成为海上风电场的主要基础类型。本研究对先桩型施工、后水上桩型施工以及后水下桩型施工三种不同导管架基础施工工艺进行对比,简要阐述各工艺优缺点及适用性,并结合实际工程案例探讨导管架基础施工方案,以期促进海上发电行业的持续发展。

深水导管架分体式建造工艺

随着对近海油气资源加快开发,近年来深水导管架已成为海洋工程领域中的重点开发项目。为了缩短深水导管架项目建造周期,在南海某海上石油平台导管架的建造过程为例,开发了一种深水导管架分体式建造的方法,该建造工艺可以减少对码头与滑道资源的占用时间,可为国内外大型导管架在场地资源受限的条件下建造提供技术参考。

深水大容量吸力筒导管架风机基础设计

为适应海上风电事业逐步向深远海、大容量机组发展的趋势,研发适用于更复杂海洋环境条件的风机基础势在必行。吸力筒导管架式基础因其施工方便、承载能力高、地层适用性广泛等优点,在海上风电基础设计中备受关注。以某大容量海上风机为研究对象,基于常用海工设计软件对结构进行一体化的整体受力特性研究;采用ANSYS软件对过渡段及筒体进行局部强度的计算分析。计算结果表明吸力筒导管架基础满足各项控制指标,具备良好的承载能力与稳定性。研究成果可为后续的深水远海固定式基础设计提供参考。

海上风电吸力筒导管架沉贯装置关键技术分析

近年来吸力筒导管架基础在海上风电领域得到广泛使用,因其多个吸力筒共同支撑一个导管架的结构特点,面临施工难度大、安装精度要求高的技术难点,对施工装备及安装工艺提出较高要求。文中通过系统分析吸力筒导管架基础施工过程及监测方法,介绍了沉贯装置的基本组成,对比国内外多种吸力筒沉贯装置系统参数,系统梳理了吸力筒导管架沉贯装置参数设计原则及关键技术,为我国吸力筒导管架施工装备开发提供了有益借鉴。

简易平台导管架结构形式的研究

在相关设计基础和开发模式前提下,参考国内外简易平台的各种方案[1-4],研究了6种简易平台导管架结构形式的可行性,经过比对,综合考虑,推荐最优方案。对简易平台结构的设计有一定的参考与借鉴意义。

海上风电三筒导管架基础的湿拖耦合动力响应研究

[目的]为提高海上风电多筒导管架基础的湿拖运输安全性,需探究其湿拖运输过程的稳性和动态响应问题。[方法]基于海工分析软件MOSES构建水动力模型,对湿拖运输过程分别进行频域和时域分析,并定量分析波浪载荷、拖航方式等参数对三筒导管架基础拖航特性的影响。[结果]计算结果表明,三筒导管架具有良好的湿拖稳性,在吃水深度8~10 m范围内的正浮态均可满足完整稳性校核;三筒导管架基础的拖缆力、纵摇角、垂荡加速度、筒气压的幅值与波高呈正比关系,与吃水深度呈线性变化关系但影响较小;拖缆力和筒气压的幅值与波浪周期无明显关系,但波浪周期将影响该基础的纵摇和垂荡响应幅值;拖缆力与航速的平方近似呈正比关系;顺浪条件下三筒导管架基础的纵摇运动比逆浪条件更为剧烈。[结论]研究成果对于提高多筒导管架基础的湿拖运输安全性具有重要的指导意义。

导管架吊点设计方案研究

【目的】海洋石油平台的吊装在施工中经常面临波浪、风载等多种不确定因素的挑战,因此对导管架吊点设计的深入研究尤为重要。【方法】研究了一种用于海上吊装的外置型吊点结构,首先重点讨论了上环板在特定条件下需要加强以及下环板与主结构干涉的情况,提出了相应的设计方案。其次,通过对不同工况下吊点的强度进行校核,确保了吊装过程的安全性和施工的可操作性,并对吊点的材料和几何参数进行了优化设计。再次,通过SACS软件建立导管架的整体模型,计算得到了各吊点在各组合工况下的最大吊绳力,并通过弹簧力验证了模拟的准确性。最后,基于最大吊绳力,利用ANSYS有限元软件校核了该种形式吊点的强度。【结果】最大Von Mises应力出现在吊点主板与上环板的相交处,为吊绳引起的局部压应力,应力值为355 MPa,超出范围较小;其他位置如主腿以及吊点主板等实际应力均小于许用应力319.5 MPa,吊点结构强度符合要求,验证了该吊点设计的可行性。【结论】该外置型吊点具有布置灵活、能够避免与附属构件干涉、减少施工风险等优点,可为未来类似的海上工程项目提供参考,具有重要的工程应用价值和实际指导意义。

大型深水导管架钢桩接长新工艺

深水导管架的钢桩长度一般在100米以上,单根重量在400吨以上,由于受钢桩接长设备能力限制,目前国内主要采用大型吊机吊装完成深水导管架钢桩的接长工作,接长需大型吊机占用使用周期较长,且易受大风等恶劣天气影响,作业风险较大。本文以南海某深水导管架钢桩接长为例,详细介绍利用三维调整机进行钢桩环口对接的新工艺和新方法,保证了钢桩整体接长的直线度要求。

深水导管架平台波浪动力响应及参数敏感性分析

考虑到300 m级导管架平台的自振周期与自升式平台极为接近,自升式平台的波浪动力响应分析方法在理论上可应用于深水导管架平台,但应用前需要进行参数敏感性分析,采用SACS软件建立300 m级导管架平台有限元模型,结合JONSWAP波浪谱、利用线性叠加法构造满足高斯性条件的随机波浪;基于时域分析法,进行在随机波浪载荷下的结构动力响应分析;采用Winterstein/Jensen方法计算平台基底剪力和倾覆力矩的最可能最大值,以及动力放大系数;对波浪瞬态变化、模拟步长和时长、随机种子等参数对动力放大系数进行敏感性分析,结果表明,动力放大系数对波浪瞬态变化较为敏感、对模拟步长和时长,以及随机种子极为敏感。采用Winterstein/Jensen方法进行深水导管架平台动力响应分析时,基于敏感性分析得出的参数可获得更合理、准确的动力放大系数。

油气用深水导管架夹桩器测试技术研究

导管架夹桩器是海上导管架平台安装作业的关键设备,安装在导管架裙桩套简顶部,在作业时驱动液压缸夹持钢桩,以保证钢桩与导管架的相对固定。在导管架的安装过程中,一旦夹桩器发生故障,会严重影响整个海上安装计划,造成巨大的经济损失。因此,为了保障夹桩器的产品质量,在陆地开展夹桩器关键部件的出厂测试、总装后的出厂测试、安装到导管架后的系统测试,以验证夹桩器的功能完整性,是非常必要的。

海上风机与养殖网箱融合系统中网箱系泊绳张力与导管架基础结构的安全性

海洋牧场与海上风电融合发展是现代渔业和清洁能源产业融合发展的典型代表,有利于构建“海上粮仓+清洁能源”的新产业模式。本研究基于福建漳浦六鳌海上风电场风机导管架构建养殖网箱与海上风机融合系统,运用Aqua-FE™有限元工具探究极端波流条件下不同网箱布设深度、波流入射角、生物附着程度对网箱系泊绳张力的影响;采用海洋工程专用设计软件SACS,计算分析风机导管架结构在波流及网箱系泊绳张力作用下的应力分布,评估养殖网箱系泊绳张力对风机导管架基础结构安全性的影响。结果显示,网箱布设深度的增加能够减少网箱系泊绳最大张力,显著改善网箱风机整体结构受力状态;波流入射角的改变对于网箱风机整体结构安全性影响不大;网衣生物附着程度的增加会显著增加网箱系泊绳最大张力,从而造成风机导管架基础杆件大量失效。研究表明,养殖网箱可布设于适当水深以减少受力,同时应及时清理附着生物,适当增加网箱系泊点附近的导管架杆件和导管架底部桩土点杆件的壁厚,以确保养殖网箱与海上风机融合系统结构安全。该结果可为深入研究网箱与风机融合系统的受力,评估该系统的安全性,优化设计养殖网箱与风机融合系统提供数据支撑。

海上风电吸力筒导管架基础关键施工技术

吸力筒导管架作为海上风电机组基础形式,在海上风电工程中具有施工迅速,安装效率高,水深适用范围广,可适用于浅覆盖层等优势。在吸力筒导管架的施工过程中,有一些重难点需要特别注意。其中之一是吸力筒的贯入过程。贯入是指将吸力筒沉入海底的过程,需要精确的控制和监测,以确保吸力筒能够牢固地安装在海底。本文将深入探讨风电吸力筒导管架基础形式的各个方面,包括施工过程、环境条件、技术难点以及研究成果,以及它在海上风电工程中的应用前景,从而可以满足不同水深和海洋环境条件下的需求,推动可再生能源的发展,减少碳排放,为环境保护做出贡献。

海洋导管架平台弃置方案与技术方法研究进展

导管架平台具有适应性强、安全性高等优势,在海上油气开发中应用广泛。随着越来越多的导管架平台即将达到或已达到设计寿命,平台弃置已成为海洋油气开发领域面临的重要问题。该文系统介绍了国内外关于导管架平台弃置的法律法规,重点阐述了各国际公约的约束内容、适用范围及其异同点,总结了中国、英国、挪威、美国弃置管理的要点,对国内外四个典型导管架弃置工程进行了梳理和分析,对不同弃置方案适用范围以及弃置过程中拆除、切割和吊装三个关键工艺的操作难点和实施细节进行了总结,可为海洋导管架平台弃置方案与关键技术的优选提供依据,对海洋环境保护、通航和渔业生产等具有重要的工程意义。

深水海上风机吸力桶导管架基础承载特性

针对海洋深水环境,设计适应70 m水深的四桶导管架结构形式,并在此基础上设计相同高度和主腿斜度的三桶导管架基础。采用Abaqus有限元软件建立导管架结构-吸力桶-土体整体有限元模型,通过对比分析探究海上风电深水吸力桶导管架基础的承载力特性。研究发现:吸力桶与土体的位移一致性程度可反映基础水平极限承载力大小,四桶导管架基础的综合承载特性优于三桶导管架基础;加载高度对四桶导管架基础的水平承载特性有重要影响,基础水平承载力随着加载高度增加逐渐减小;加载方向对四桶导管架基础水平承载力影响较小。

基于非线性-线性联合控制方法的导管架平台的振动控制

针对随机波浪载荷作用下导管架平台产生持续且明显的振动响应问题,进行针对性振动抑制分析。建立导管架平台与调谐质量阻尼器(TMD)、非线性能量阱(NES)、单质量联合阻尼器和双质量联合阻尼器的耦合动力学模型,采用全局搜索方法进行优化设计,并得出优化结果。计算结果表明,4种不同的减振方法都可以抑制导管架平台的振动响应,减振效率差别不大。当导管架平台刚度发生变化时,TMD和双质量联合阻尼器表现更加优异。研究提出的非线性-线性联合控制方法对导管架平台有良好的减振效果。

复合加载模式下四筒导管架基础承载特性分析

针对海上风电四筒导管架基础在砂土中的复合承载特性,采用数值模拟的方法,计算5种不同荷载组合下的四筒导管架基础的极限承载力。为分析不同加载模式下筒基长径比和筒间距对基础极限承载力的影响,分别改变筒高和吸力筒圆心距离进行计算并绘制破坏包络线。结果表明,在竖向荷载作用下,基础的水平极限承载力先增大后减小;抗扭承载力随竖向荷载的增大而增大,随水平荷载的增大而减小;不同竖向荷载的作用下,水平和弯矩极限承载力基本呈线性相关。

基于SACS的改造导管架平台地震响应分析

导管架平台改造后的受力特征发生变化,故须对拟改造平台地震响应进行重新评估,以确保平台运行安全。利用SACS软件,针对LD22-1 CEP导管架平台改造工程,考虑完整的甲板、导管架及立管等结构,并结合功率谱密度分析(PSD)方法,建立导管架平台地震响应三维有限元模型,通过数值模型计算分析导管架平台地震响应。改造后的LD22-1 CEP导管架平台4~6阶频率升高,最大升高值0.067,其他各阶频率均下降,最大下降值为0.103。相对应的平台4~6阶周期降低,最大降低值0.070,其他各阶周期均上升,最大升高值0.187。改造后平台杆件最大UC值较改造前提高了0.16,最大值为0.79,小于1.0;改造后节点最大UC值较改造前提高0.214,最大值为0.656,小于1.0;所有UC值均小于1.0,满足平台安全性要求。