半潜式平台立柱入水砰击特性数值模拟

为了探讨了入水砰击面压力空间分布规律,本文基于冲量入水砰击理论,建立了包含结构-水-空气三者耦合的数值计算模型,开展了半潜式平台立柱入水砰击载荷与入水角度和速度之间关系的研究。研究结果表明:砰击压力的大小与分布与入水角度和结构物入水面的空间位置密切相关,入水速度对其也存在有一定影响。数值计算的结果可以实现立柱砰击载荷的快速预报,对实际工程中平台立柱体结构的安全性评估具有指导意义。

深海平台立柱周围波浪非线性爬升研究进展

随着深海油气田的不断开发,各种适应深海环境的浮式平台陆续涌现。多数深海平台通过立柱支撑上层甲板,波浪沿柱体表面的爬升效应极为明显,大大增加了强非线性砰击和越浪的危险,甚至将导致平台局部结构以及相关设备的破坏。因此,波浪爬升效应在平台设计及结构安全性方面具有重要的意义,并成为平台水动力研究的热点问题之一,是平台气隙预报的一个重要方面。介绍波浪爬升效应在平台设计阶段的重要性,分析波浪爬升的成因和影响因素,就目前国际上相关研究情况及进展进行了详细的阐述,并提出了这一课题未来研究方向的有关建议。

深海立柱式平台概念设计研究

以上海交通大学海洋工程国家重点实验室提出的多柱桁架式立柱平台(Cell-Truss Spar)概念为例,对Spar平台的概念设计方法和过程进行了初步的研究,并对其水动力性能进行理论和数值计算,分析一些影响Spar平台运动性能的参数。设计涉及到两方面的问题:一是设计方法、流程以及结构物的形式;二是水动力性能。整个设计流程是一个不断循环的交互式的过程,需要考虑很多方面因素的影响。

基于模型试验和数值模拟方法的深吃水立柱式平台碰撞特性

针对深吃水立柱式平台存在遭受船舶撞击的可能性,从外部机理和内部机理两方面进行碰撞特性的研究.外部机理的研究采用水池模型试验方法,研究驳船正向撞击锚泊在1.5 km水深处的立柱式平台的碰撞特性.内部机理的研究采用非线性数值模拟方法,模拟刚性球鼻首撞击立柱式平台的场景.外部机理研究发现,平台的最大水平运动幅度、最大纵摇角和最大系泊力都与撞击船初始速度基本成线性关系.系泊系统主要体现其弹性特点,所承受的载荷小于其破断力.内部机理研究发现,撞击能量主要被双壳结构的外围构件所吸收,双壳结构设计方式能够有效地保护月池内部设施.

南海桁架式深吃水立柱式平台水动力性能

应用三维势流理论、非线性时域动力耦合分析方法以及深海平台混合模型试验研究方法,针对我国南海北部一座1.5 km桁架式深吃水立柱式平台(Truss Spar),在不同海况下对作业装载的平台锚泊系统进行了截断水深模型试验、数值重构研究,并数值外推到全水深,较好地预报了其水动力性能,包括纵荡、垂荡和纵摇.经分析:Truss Spar平台的垂荡、纵摇低频运动分量较大,同时纵荡也表现出很强的低频特性;此外,平台具有较小的垂荡运动幅值,垂荡性能较好,能较好地满足海上油气生产的要求.

立柱直径比对四立柱平台涡激运动性能影响的数值研究

与单立柱平台(Spar)类似,四立柱平台在洋流作用下也容易发生涡激运动,对锚泊和立管系统的疲劳寿命产生不利影响。一种非对称半潜式平台具有两种不同尺寸的立柱,立柱直径比对非对称平台涡激运动性能的影响尚需深入研究。采用计算流体力学(CFD)方法,对直径比分别为1.0、1.5和2.0的立柱组合在两种不同角度水流作用下的运动响应进行了二维数值模拟,分析发现:立柱直径比不为1时四立柱平台也具有明显的涡激运动,其横荡运动具有显著的锁定现象;在广义折合速度定义下,与相同直径的四立柱平台相比,立柱直径比不为1时其横荡运动锁定区间变宽且滞后,横荡响应幅值的峰值具有明显差异;在所研究的直径比范围内,大直径立柱在上游时涡激运动响应比其在下游时更显著,且这种差异随着直径比变大而变大。

新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究

通过数值模拟和模型试验方法对一新型的 Spar 平台———多立柱式 Spar 平台的涡激运动特性进行研究。平台硬舱为四根圆柱方形阵列布置加方形中心井的形式，各柱间会产生复杂的相互干扰，不同于常规的单立柱 Spar 平台或半潜式平台，因此对其开展相应的涡激运动研究具有重要意义。研究主要关注的是不同来流角、不同流速下平台的涡激运动特性。通过涡激运动时的横荡运动、水平面内运动轨迹、首摇运动和水动力系数及绕流流场的分析，可得：在折合速度约为6-8范围内，平台横荡运动存在明显的“锁定”现象（0°来流角无侧板时“锁定”范围约为 Ur ＝7-10）。在0°来流角下较高流速时，减涡侧板对涡激运动有明显的抑制效果。平台的运动轨迹近似与平台硬舱截面的对角线平行（0°来流角除外），这不同于常规的单立柱 Spar 平台。此外，试验中还观察到较明显的首摇运动。涡激运动时各柱间绕流存在复杂的相互干扰，而在柱后形成共同的涡结构。

单立柱张力腿平台水动力性能试验研究

通过耐波性水池进行单立柱张力腿平台(简称SCTLP)在系泊状态下的运动特性,以及张力筋键受力情况的试验研究。试验分别在规则波和不规则波(长峰波和短峰波)中进行,浪向选取180°。根据水池深度,模型试验采用1∶87.5的缩尺比进行全水深模拟,并对风力和流速进行了模拟。通过试验,获得较为丰富的试验数据,能很好地分析SCTLP的运动特性。

新型立柱式生产储油平台桁架管节点疲劳分析

研究平台管节点疲劳强度的谱分析法,根据南海海况进行某新型立柱式生产储油平台桁架管节点的疲劳分析。结果表明平台桁架管节点的疲劳强度满足设计要求,而立柱的疲劳强度小于撑管的疲劳强度。分析比较撑管轴向力、面内弯矩和面外弯矩各自对疲劳损伤的贡献,结果表明斜撑管的疲劳损伤主要由轴向力造成,水平撑管的疲劳损伤主要由面内弯矩造成,而面外弯矩对撑管造成的疲劳损伤较小。

一种新型立柱式平台的垂荡板设计

SPAR平台大多需要满足干式井口作业要求,对平台的垂荡性能要求较高。为降低平台的垂荡运动响应,通常在SPAR平台的桁架段设置垂荡板以增加垂荡阻尼和附加质量。以某新型立柱式平台(SPAR)为研究对象,对不同间距设置和型式的垂荡板进行性能分析,确定了平台的垂荡板的最终设计方案。

三立柱高效半潜式生产储油平台船体结构设计

半潜式平台作为典型的浮式平台之一,广泛应用于海上石油的钻井和生产。以三立柱高效半潜式生产储油平台为目标平台,通过该平台进行半潜式平台总体结构设计、船体结构规范设计和总体强度分析。在该平台的船体结构设计过程中,首先应用先进的水动力理论对平台进行分析,优化外形和主尺度,再根据ABS和DNV等规范编制出计算表格和小程序进行平台船体结构的主尺度设计,之后根据规范设计得来的船体结构参数进行总体强度计算,最后根据有限元分析计算结果确定船体结构。整个设计过程和所取得的成果对相同类型的浮式平台有一定的参考价值。

三立柱半潜式平台的上部组块人字形甲板设计

为适应三立柱式平台的船体结构,对三立柱半潜式平台的上部组块结构设计思路进行探讨,设计研究一种高效、经济的三立柱半潜式平台甲板结构设计方案,该设计基于三立柱半潜式平台的上部结构,也适用于三立柱张力腿平台及三立柱深吃水立柱式平台的上部结构。通过SACS软件对三立柱半潜式平台的甲板结构进行计算校核,验证人字形甲板设计的可行性,发现人字形甲板的双层桁架式结构可以在70m以上的跨度满足甲板强度要求。与箱型结构的甲板相比,桁架式结构具备更好的空间优势、结构强度优势和结构冗余度,使其应用于大跨度三柱半潜式平台时,有更好的结构强度和更轻的结构重量等优势。

疲劳谱分析方法及其在立柱式平台结构分析中的应用

基于海洋疲劳谱分析理论,对海洋桁架型立柱式(Truss Spar)平台的疲劳强度与结构寿命进行分析计算。基于经典波浪疲劳谱理论,开发出一套针对海洋结构的疲劳谱分析程序。同时,依据Goodman理论,将平均应力对疲劳极限的影响进行修订。该疲劳程序与海洋结构有限元分析模块进行无缝连接,实现立柱式平台有限元建模、水动力载荷计算与结构映射、有限元强度计算、疲劳计算的全自动耦合。数值算例计算结果表明,对于在位工况条件桁架型立柱式平台,其结构疲劳失效关键点在硬舱与桁架交接处,这为结构的局部加强和优化设计提供重要参考。

基于一体化集成软件系统的海洋立柱式平台总体结构强度分析

将海洋立柱式平台工程设计的船体设计、分析计算、规范校核流程工作,集成到一体化集成软件系统中。借助计算机辅助设计功能,自动完成海洋平台工程设计的所有流程工作。基于该一体化集成软件系统,对海洋桁架立柱式平台的总体强度进行分析计算,自动完成桁架型立柱式平台有限元参数化建模、水动力载荷结构映射、有限元分析计算、屈服强度规范校核、屈曲强度计算与规范校核等流程工作。计算结果显示,对于在位工况条件,桁架立柱式平台结构的最薄弱环节是硬舱与桁架、软舱与桁架的交接处。

基于逆有限元方法的结构变形重构研究

针对海洋平台结构健康状态难以实时监测的问题,提出一种利用应变信息重构位移场的逆有限元方法。基于Timoshenko梁和最小二乘变分理论,通过提取结构表面应变计算截面中性轴应变,推导应变场及位移场函数,并将应变信息作为逆有限元重构的输入条件,对结构变形进行回构。为提升该方法的容差性,分析了应变片位置偏差及信号噪声对精度的影响。以海洋平台立柱为试验对象,分别利用有限元分析结果及实测结构应变信息来重构位移场。试验结果表明,提出的逆有限元法在不同载荷形式下均有较高的重构精度。

三立柱大型半潜式生产储卸油平台设计

针对中国南海典型深水油气田开采,结合陵水17-2深水油气田开发工程项目,提出一种三立柱高效大型半潜式生产储卸油平台新船型概念,具有2万t上部组块有效载荷和2万m^(3)原油储油功能。该三立柱深水半潜式生产储卸油平台与目前四立柱半潜式生产平台船型相比,减少1组立柱-浮箱-锚链,采用大跨度三角形桁架式轻型甲板设计和自主研发油水置换高效储油技术,有效载荷比显著提高,可以大幅降低平台建造与安装工程总成本,为南海深水油气田开发提供一种高效低成本的技术解决方案。

单立柱系泊生产平台通信系统研究

研究了单立柱系泊生产平台通信系统,为采用单立柱系泊生产平台开发小型边际油田、降低成本、提高效益,提出了一种可行的通信系统解决方案。该方案在用于单立柱系泊生产平台开发的同时,也为中大型油田的通信系统的建设提供应用案例。

两种导管架海洋平台的系统可靠度分析

针对近海标准导管架平台和滩海单位柱平台这两种钢质导管架平台,将其简化为空间刚架结构,计算构成导管架平台各杆件的可靠度。以传统的微分等价递归算法为基础进行系统可靠性计算,并利用分枝-约界法差别两种平台的主要失效路径。基于上述研究结果,分析了两类导管架平台的失效特征和系统可靠度指标。

基于灰色关联的深水浮式油气开发平台选择

为了选择特定深水条件下合适的油气钻采平台,提出基于灰色关联理论的深水浮式油气开发平台选择方法,并对该方法进行了验证。通过分析深水浮式平台选择影响因素,确定了13种主要影响因素,并统计归纳了65座全球目前运行良好的深水浮式油气开发平台(包括张力腿平台、深吃水立柱式平台、半潜式平台和浮式生产储油装置)的相关数据。以某待开发深水油田为例给出了平台选择的具体方法:以该油田平台影响因素序列为参考序列,利用灰色关联分析法计算得到各平台影响因素序列与参考序列的关联度,选出关联度最高的平台为最优平台。通过2个算例验证了方法的可行性和可靠性。

国外SPAR平台现状与发展趋势

立柱式生产平台(SPAR)是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一,国内对SPAR平台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。文章对国外现有17座SPAR平台的发展现状进行综述,对SPAR平台的发展、整体组成和主要特点进行了研究,介绍了SPAR平台的作业海域、作业水深、平台尺度等关键技术参数,对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。通过分析明确了当前国外SPAR平台的现状与发展趋势,以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。