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。

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。

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。

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。

自升式钻井船插桩对导管架平台的影响分析

自升式钻井船插桩过程中,桩靴插桩会导致邻近导管架平台桩身承受水平方向挤土力作用,不可避免对邻近平台的桩基稳定性产生不利影响,甚至危害平台的安全,因此有必要分析自升式钻井船插桩对导管架平台的影响。耦合的欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL)有限元方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,能有效模拟整个连续过程累积的挤土效应对邻近桩基的影响。为此,结合南海某自升式钻井船靠导管架平台插桩实例,采用CEL方法构建自升式钻井船桩靴和导管架平台结构模型,分析自升式钻井船就位插桩过程引起的土体响应,并在此基础上,研究自升式钻井船桩靴对平台桩基的影响,根据中国船级社规范校核桩身强度,分析对桩基竖向和水平向承载影响。结果表明:距自升式钻井船桩靴最近的导管架平台桩基受到的影响最大;随着自升式钻井船桩靴贯入深度增大,导管架平台桩基应力逐渐增大,导管架平台桩基最大应力位置逐渐下移;自升式钻井船桩靴对导管架平台桩基承载力和轴向位移影响较小。

基于地震时程法的导管架平台动力响应分析

基于渤海海域某导管架平台,采用响应谱法和时程分析法分别进行平台地震动力响应计算。通过对比不同地震动强度下的结构响应及变形,探讨2种分析方法对平台抗震性能的影响,评价二者在工程实际中的适用性。研究结果表明:在地震较小(弹性抗震阶段)时,2种方法均可很好地预测平台的动力响应;常规响应谱法由于计算效率高,可作为平台抗震分析的工程手段,但当地震逐渐增大(弹塑性抗震阶段),响应谱法的结果相对保守,而地震时程法在评估结构非线性性能以及充分利用材料塑性能力上有明显优势,因此可在工程中作为强震下导管架平台抗震性能评估的有效方法。

海生物对渤海导管架平台结构性能的影响

为分析附着海生物对渤海导管架平台结构性能的影响,以渤海某典型4腿平台为例,结合渤海油田导管架附着海生物现场实测数据,针对不同海生物厚度及密度对导管架结构的影响进行敏感性分析,结果表明,平台所受环境荷载随海生物厚度增加而增大,而海生物密度对环境荷载不产生影响;结构杆件UC值和桩头力随海生物厚度及密度的增加而增大,节点UC值随海生物厚度增加而增大,随海生物密度增加几乎没有变化;平台前三阶自振周期随海生物厚度及密度的增加而小幅增大;疲劳寿命随海生物厚度的增加逐渐降低,且几乎不受海生物密度的影响;平台极限承载力不受海生物的影响。

渤海大型导管架平台分块设计与应用

随着海洋平台向大型化、综合化方向发展,平台整体吊装需动用大型浮吊,但大型浮吊资源有限,船期安排紧张,且租金和动复员费较为昂贵,影响油田开发经济效益。为降低平台安装所需浮吊配置,以渤海大型八腿导管架平台为研究对象,分别开展导管架和组块分块设计、吊装能力校核和结构强度校核,验证了平台分块的可行性。拓宽了大型导管架平台结构设计和安装方式的思路,对后续工程项目提供重要的参考借鉴。

爆炸压力作用下导管架平台结构的动力响应和性能评估

爆炸、火灾等偶然作用会引起导管架平台结构损伤甚至倒塌,有必要对爆炸荷载作用下的结构性能进行评估。本文以我国渤海某导管架热采中心平台为研究对象,通过非线性动力方法分析结构在高压蒸汽锅炉爆炸作用下的响应,并讨论了爆炸荷载持续时间的影响。结果表明,导管架平台结构明显进入塑性,线性方法无法准确反映结构响应,结构构件的塑性应变均小于极限塑性应变,结构有抵抗该爆炸压力的能力。随着荷载持续时间的增大,结构构件进入塑性的程度和最大塑性应变呈现增大的趋势。对于爆炸荷载等偶然作用,采用线性分析方法过于保守,会明显提高成本,不利于经济性。

导管架平台结构构件失效敏感性分析及抗倒塌能力研究

导管架平台在位期间容易遭受到极端荷载而导致构件损伤和失效,为了保证结构的安全性,有必要于对损伤后结构的抗倒塌能力的展开研究。为了与现行导管架结构设计规范相结合,本文基于储备强度比提出了构件的敏感性指标,用于评估构件失效对结构整体承载能力的影响程度。以南海某四腿导管架平台为研究对象,选择不同类型的典型构件,结合构件移除思想通过pushover方法计算构件的敏感性指标,评估损伤后结构的抗倒塌能力。在此基础上,进一步分析和讨论了构件失效对结构塑性机制和整体性能的影响。结果表明,导管架腿和立面斜撑作为结构的竖向传力构件,其失效敏感性较高,会导致整体承载能力明显下降。局部失效后的结构仍有备用传力路径,使其基本具备抵抗极端环境荷载的能力。但是,关键构件失效会导致结构延性能力的降低,甚至出现脆性破坏特征,在结构设计和评估中应予以控制,保证结构的安全性。

基于SACS的老龄导管架平台静力分析

针对某渤海小型老龄导管架平台,基于SACS软件,对该平台进行了上浪及静力分析,主要研究了平台响应对沉降/海底冲刷深度的敏感性。结果表明:极端冰工况为该平台的控制工况,且新增结构的安全性较弱。在极端冰工况下,平台杆件及节点最大UC值随沉降/冲刷深度的加深而接近线性增长,且新增结构的最大杆件及节点UC值会超过1。同时,当冲刷超过72.50cm时,平台主体的桩基承压安全系数不再满足要求。本文分析结果对类似平台的检测维修和延寿评估具有一定参考意义。

节点柔性理论对导管架平台强度分析的影响研究

本文研究了海上导管架平台的管节点柔性模拟方法,分析其对结构内力及位移的影响,及其导致的不同构件刚度和强度变化。通过南海西部典型导管架平台的分析,分别对比3种理论的差别;与刚性假定的结果对比,总结出节点柔性技术对结构强度、疲劳寿命以及极限强度的影响的一般结论。

导管架平台拆除作业

根据海洋平台服役年限规定和相关法律法规要求,介绍国内外海洋平台拆除现状,分析海洋平台拆除的市场前景。以海洋平台中典型的四腿式简易导管架平台为研究对象,阐述拆除作业的流程和注意事项,对比导管架平台的常用切割技术,为相关企业海洋平台的拆除作业提供借鉴。

基于刚度参数变化的导管架平台结构损伤定量识别

为解决海上导管架平台在风、浪、流等随机环境载荷作用下的不确定性结构损伤识别难题,提出基于刚度参数变化的导管架平台结构损伤定量识别方法。首先以室内某导管架平台比例模型为试验对象,设置结构第Ⅲ层-X面上一斜杆锯断外径的2/3和完全锯断2种损伤工况,在已知结构模态参数和集中质量矩阵的前提下,定量识别出不同损伤工况下平台各子结构刚度参数的最可能值(MPV),并分析相应的后验不确定性,进而判断损伤发生的位置和损伤程度。结果表明:刚度参数具有较小的后验不确定性,识别结果的稳定性与精确性很好;识别出的结构损伤位置与试验设定位置一致,2种损伤工况下的损伤程度分别为1%~12%和20%~31%。

极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析

为评估导管架平台在极端风暴工况下的整体安全性能,基于ABAQUS有限元软件建立导管架平台的有限元模型,在极端平均风工况下对平台进行了静力分析,在极端脉动风工况下对平台进行了动力分析,重点探讨了平台在三种极端风暴工况下的应力、位移、速度及加速度响应。结果表明:平台的应力集中容易发生在桩腿桩基处,平台在极端风暴工况下的位移及应力响应均满足设计需求;平台强轴的固有频率大于弱轴的固有频率,自振周期远小于波浪周期,不会发生波激共振;平台在极端风暴工况下的位移及加速度响应极值可为结构振动监测系统的预警阈值设定提供参考。

船舶碰撞中空夹层钢管混凝土导管架平台损伤分析

针对船舶与中空夹层钢管混凝土(CFDST)导管架平台碰撞问题,利用ABAQUS/Explicit非线性有限元软件建立中空夹层钢管混凝土导管腿导管架数值模型,对船舶碰撞进行数值模拟,对比分析1 m/s、2 m/s和3 m/s的3种碰撞速度下工况下导管架抗碰撞性能、耗能及损伤。从碰撞力、碰撞区域变形以及导管架能量耗散等方面详细研究中空夹层钢管混凝土导管腿作用下导管架整体的损伤模式和动力响应。结果表明:CFDST导管架在船舶碰撞荷载作用下主要由CFDST导管腿耗能,有效控制了结构整体位移变形,提升了整体刚度,有效发挥平台各构件之间组合耗能,结构抗碰撞能力得到明显提升。

有杆采油导管架平台的安全性

基于结构极限工作状态和累积损伤理论,建立导管架平台增加载荷的安全评价标准。针对导管架式固定平台,建立海洋环境-有杆采油联合作用下的海洋平台力学模型。以LD某导管架平台为例,选用五十年一遇极值海洋环境载荷,基于安全准则得到目标平台加载阈值。按有杆采油的设计额定载荷,载荷加载后该平台的安全因数与加载前相比降低不超过3%,由此可见相似结构的导管架平台具有足够的结构强度承受有杆举升工艺所产生的附加载荷。

导管架平台冰致疲劳分析

针对冰区导管架平台存在的疲劳问题,提出冰致疲劳时域分析流程。以某浮拖式导管架平台为研究对象,基于我国辽东湾海冰参数的概率分布情况,划分得到24个疲劳子工况,考虑作用于平台桩腿锥体和井口区隔水导管群上的动冰载荷,采用ANSYS参数化设计语言编制该平台的冰激强迫振动分析程序,对其进行各疲劳子工况下的动力时域分析。基于雨流计数法计算该平台泥面以上42个管节点的等效应力幅值和循环次数,进而由S-N曲线和Minor线性累计损伤法则得到其冰致疲劳损伤和疲劳寿命。研究结果表明:平台构件的疲劳寿命最短为78.9 a,能满足设计的服役年限的要求;导管架疲劳损伤弱点位于井口区第一水平层与桩腿连接位置,该区域是平台日常维护的重点。

基于小波包分析的导管架平台结构损伤识别

小波包分析方法具有良好的局部分析能力,能对信号的时域与频域进行分析。以导管架平台室内模型为研究对象,建立其有限元模型。利用小波包分析方法,对有限元模型无损伤与有损伤数据进行分析,对比室内模型无损伤与有损伤实验数据分析结果,验证了小波包分析方法的适用性。建立有限元模型不同损伤工况,对各工况的振动响应信号进行分析,结果表明,小波包分析方法能很好地识别不同损伤工况,为工程实际应用提供了理论依据。

构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响

针对传统导管架平台在进行极限承载力分析时未考虑构件直线度缺陷对结果的影响问题,采用非线性逐步倒塌的分析方法研究构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响。根据直线度公式建立不同构件直线度导管架平台有限元模型,考虑导管架平台环境载荷作用,采用非线性倒塌分析方法计算导管架平台极限承载力。结果表明,导管架平台在45°方向强度储备能力最差,构件不直度使其极限承载力严重退化。