多向荷载耦合作用下复合基础承载特性分析

针对水下石油生产系统复合基础在不同方向荷载耦合作用下的承载特性,分析复合加载模式下的破坏包络线。采用非线性有限元数值模拟方法,通过固定位移比法绘制竖向—倾覆、水平—扭转、竖向—水平—倾覆、竖向—水平—扭转荷载空间内的地基承载力破坏包络线,分析不同长径比和桩间距对不同方向荷载耦合作用下地基承载力包络线的影响,并分别将归一化处理后的竖向—倾覆、水平—扭转荷载包络线拟合为关于长径比和桩间距的包络线数学表达式。结果表明:随竖向荷载分量的增大,基础在二维荷载空间内包络线尺寸有所减小。结合实际工程应用,通过绘制地基承载力破坏包络线,对基础设计方案校核和评估,能很好指导工程实践与设计。

饱和软黏土中不同形状深水防沉板基础承载特性研究

防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(Hx、Hy)、弯矩荷载M(Mx、My)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、Hx-Hy、Mx-My、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。

新型防沉板基础的地基承载力研究

防沉板是水下生产系统中井口、管汇节点、脐带缆等的支撑结构,服役期间需承受V-H荷载空间的强耦合非线性荷载。提出了新型倾斜式裙板防沉板基础型式,倾斜式裙板不仅可以减少海流冲刷对基础下部土体的掏空冲蚀,还可通过调整裙板倾斜角度α适应不同工程对承载力的要求,结合工程设计实例研究了新型防沉板的地基承载性能。结果表明,该新型防沉板基础单向极限承载力随土体强度不均匀性指标А的增加呈线性增长,基础与土体接触面属性对水平向承载力的影响远大于对竖向承载力的影响;防沉板基础V-H荷载空间归一化包络线对土体强度不均匀性指标А在0～10范围内具有普适性,在归一化竖向荷载介于0.5-0.8时Hanson公式高估了防沉板基础的承载力。

水下生产系统的基础研究

水下系统的主要生产设备包括水下井口、水下采油树、水下管汇、水下井口基盘及与此相关的辅助设备。大多数水下生产设备需要借助支撑结构固定在海床之上,同时可将上部荷载传递到土壤。介绍了几种水下系统基础的形式,列举出各种基础的特点和设计要素,并对其进行比较分析。

渔网拖挂对水下生产系统防沉板基础影响分析

随着水下生产系统在中国深水油气田的逐步应用,渔网对其拖挂作用引起了越来越多的关注,而适当的渔网拖挂载荷以及需要进行保护设计的水深对水下生产系统设计的影响也显得极为重要。该文按照ISO13628规范选取了渔网拖挂载荷,通过计算分析渔网拖挂载荷对水下生产系统防沉板基础设计的影响,说明了准确的渔业活动调查以及适合于中国海域的渔网拖挂作用的设计规范对未来的水下生产系统在中国海域大范围应用的巨大意义,为今后深海开发提供参考。

海水溢出效应对水下防沉板基础坐底冲击影响分析

随着水下生产系统在中国深水油气田逐步应用,水下防沉板基础的使用越来越多。防沉板基础结构简单、安装便捷,是水下生产系统基础选择时的首选方案。在防沉板基础设计和计算时,冲击载荷具有很大的影响。但是在计算冲击载荷对防沉板的影响时,以初始速度计算得出冲击载荷时,无法考虑到并计算入海水溢出效应对于速度衰减的影响,计算所得的冲击载荷远大于实际载荷;因此,分析海水的溢出效应对水下结构防沉板坐底冲击的影响,以获得准确的冲击载荷,对水下防沉板基础的设计具有重大工程实际意义,对未来水下生产系统在中国高效经济的深水开发应用也具有重大意义。

一种水下生产设施防溜桩设计及控制措施

打入桩是水下生产设施的重要基础形式之一,相比导管架或者系泊的大吨位桩,通常采用小直径细长钢桩提供竖向支撑。对于该类型的水下打桩作业,国内适用的施工资源有限,当采用大规格的打桩锤,特别遇到不利的土壤条件,溜桩风险和超打控制将成为关注的问题。本文结合实际工程,对溜桩的过程和控制措施进行了探讨,对比不同的防溜桩设计方案,并通过实例计算评估打入控制效果,可供同类型桩基设计及施工参考。

混凝土式沉箱防护结构在水下生产系统中的应用研究

该文针对处于渤海湾浅水作业区的水下生产系统的防护需求,简述了沉箱式防护结构的应用前景;并以渤海湾环境工况为基础,对沉箱防护结构进行初步应用分析。

ROV碰撞对防尘板式水下生产系统承载能力的影响

对防沉板式水下生产系统在ROV碰撞下的基础的承载力及其可靠性进行了分析。首先,分析了ROV碰撞载荷,得到了碰撞载荷下基础的水平和竖向承载能力。之后综合考虑了水平载荷和竖向载荷的衰减,建立了结构失效安全余量方程,并分析了系统的联合失效概率。算例表明,提出的方法是必要的和符合工程实际的。研究成果为考虑ROV碰撞对防尘板式水下生产系统中防尘板基础承载力分析提供了一个合理的方法。

水下生产系统防沉板基础分析

介绍水下生产系统采用的防沉板、吸力桩和桩三种基础形式的优缺点和选择标准。针对防沉板基础的特点,提出需考虑的因素和依据的规范,以及沉降、滑移,裙板抗扭和贯入深度的计算分析方法。

水下生产设施基础冲刷模型试验与数值模拟分析

以南海某油田水下生产设施防沉板基础为例,采用模型试验方法预测了水下生产设施防沉板基础最大冲刷出现的部位与深度,并采用CFD软件对水下生产系统的泥砂冲淤演变过程进行了模拟分析,提出了冲刷防护措施。水下生产设施基础实际冲刷深度介于模型试验和数值模拟折减结果之间,设计时推荐使用模型试验值或者数值模拟与模型试验结果的均值。本文研究结果对水下生产设施基础的设计提供了依据。

南海水下生产系统防沉板基础裙板贯入模拟试验与入泥阻力计算

防沉板基础裙板入泥阻力计算和长度设计是海洋工程水下生产系统基础设计的关键,基于南海番禺和荔湾地区水下防沉板基础裙板贯入模拟试验,验证了Lunne和Eide等建立的裙板入泥阻力经验计算方法对南海水下生产系统防沉板裙板设计的可靠性,确定了南海地区裙板入泥的端部阻力系数(0.320~0.360)和侧摩阻力系数(0.008~0.0145),为南海水下生产系统防沉板基础裙板入泥阻力计算和裙板长度设计提供了依据,确保了南海地区水下生产系统的顺利安装。在工程地质调查时,既可以进行土壤钻孔取样并与已开展裙板贯入模拟试验的番禺和荔湾地区土壤组成和粒度对比,也可开展静力触探试验或裙板贯入模拟试验,得到裙板入泥的端部阻力系数和侧摩阻力系数。

深水油气田开发工程中的基础应用探讨

在对国内外深水油气田开发中的张力腿平台(TLP)、深水柱筒平台(SPAR)、半潜式生产平台、浮式生产储油卸油装置(FPSO)和水下生产系统(SBS)所采用的基础型式进行较详细调研的基础上,讨论了常见的基础型式的特点,考虑其实际应用情况并结合我国南海深水油气开发中可能采用的工程开发模式,探讨我国深水油气田开发适用的基础型式,为我国深水油气田工程设施及基础的前期研究和工程设计提供参考。

水下生产系统基础型式对比分析

介绍了目前应用较为广泛的水下生产系统的基础形式,如防沉板基础、筒型基础和打入桩。研究了这3种基础的结构特点,并从基础的承载能力、安装性能、制造工艺、适用条件、经济性等多个角度进行对比分析。结合海洋油气开发日向深水挺近的趋势,展望了不同基础类型的应用前景。

水下基础及保护架设计与安装应用

随着海上油气田开发水深的不断加大,水下生产设施已广泛应用。为了保护水下生产设施的生产安全,水下基础及水下保护架的作用极为重要,并需要根据不同的工况进行相应的设计。通过中国南海西部深水项目,进行方案比选来选择最优的水下基础及保护架的设计及安装方法。

水下生产系统防沉板基础的裙板入泥阻力

海洋工程水下生产系统基础设计常采用极限承载力理论和挪威船级社规范推荐的基于静力触探试验方法计算防沉板基础的裙板入泥阻力。计算结果表明,极限承载力理论与基于静力触探试验方法得到的裙板入泥阻力差异较大。通过裙板贯入模拟试验验证基于静力触探试验的计算方法更接近实际情况,误差小于10%,可以确保防沉板基础设计的可靠性。基于裙板贯入模拟试验结果确定南海区域土壤裙板端部阻力经验系数和裙板侧摩阻力系数,并设计水下生产系统防沉板基础的裙板长度,以保证现场水下生产系统的顺利安装。最后,给出防沉板基础裙板设计的地质调查和裙板长度设计等建议。

PY35-1/35-2气田水下生产设施结构研究

本文重点阐述了对PY35-1/35-2气田水下生产设施结构的设计研究。设计中首先对水下生产设施结构的基础形式进行了研究,综合比较后选取适合该气田海域的水下设施基础结构形式。同时对设计过程中需要关注的相关专业数据进行了阐述。PY35-1/35-2气田水下生产设施结构设计的特点是考虑了拖网载荷,由于无该海域渔业调查的数据,保守考虑了NORSOK推荐的数值,由于该力的存在,对结构设计影响很大。本文详细介绍了综合考虑土壤与载荷,对水下生产设施结构采用相关规范的设计方法。

饱和黏土中复合条形防沉板基础承载特性研究

防沉板基础是深海油气资源开发中常用基础形式,其承受的荷载具有复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。基于条形基础的承载特性提出了新型复合条形防沉板基础的结构形式,通过优化基础条数量n、宽度B和间距l可实现复合条形基础承载效率系数的最大化。结合工程设计实例,开展了该新型结构基础与传统矩形防沉板基础的对比设计。研究表明,在基础底面积相同的情况下,复合条形基础的竖直向极限承载力与矩形防沉板基础相比提高10%~20%。当复合条形基础的基础条宽度B一定时,地基竖直向极限承载力随着l/B的增加先增大后减小,最后趋于稳定。对不同的基础条宽度B,地基竖直向极限承载力均在l/B=0.2时达到最大值,且随着基础条数量n的增大而增大。