發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 06:20

【摘要】：海洋井架是海洋平臺(tái)的重要組成部分,其安全性能在平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)中有著重要的意義。本文通過建立平臺(tái)-井架整體結(jié)構(gòu)模型,對(duì)多維海洋環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,采用有限單元法,以自升式海洋平臺(tái)井架模型為研究對(duì)象,建立了單一井架模型和平臺(tái)-井架整體數(shù)值模型,分別進(jìn)行了靜力分析和模態(tài)分析,通過對(duì)比分析,驗(yàn)證了建立平臺(tái)-井架整體模型分析海洋井架力學(xué)性能的必要性。通過實(shí)測(cè),驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性與合理性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)立柱節(jié)點(diǎn)搭接處和井架底部支腳處兩個(gè)局部位置采用“小尺度”實(shí)體單元,建立了結(jié)構(gòu)多尺度模型,其中用MPC法實(shí)現(xiàn)了跨尺度之間的銜接,分析得到局部位置的應(yīng)力梯度分布和應(yīng)力集中位置。同時(shí)對(duì)4種不同程度的腐蝕損傷進(jìn)行分析,得到損傷對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)性能影響的規(guī)律。在上述模型基礎(chǔ)上,對(duì)海風(fēng)環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。在研究海風(fēng)載荷的作用特點(diǎn)和分析方法基礎(chǔ)上,針對(duì)正常作業(yè)和風(fēng)暴自存兩種工況進(jìn)行了具體分析,重點(diǎn)考慮了迎面和背面兩種不同風(fēng)向,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征、損傷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響以及局部小尺度的應(yīng)力分布規(guī)律。對(duì)海浪環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。采用Morison波浪理論模擬結(jié)構(gòu)的波浪載荷,并根據(jù)相似比原理將其作用于平臺(tái)結(jié)構(gòu)上,針對(duì)作業(yè)和自存兩種海浪工況進(jìn)行了分析,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征、損傷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響以及局部小尺度的應(yīng)力分布規(guī)律。對(duì)地震載荷作用下井架結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。采用時(shí)程分析法,選取三維天津波作為激勵(lì),對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力分析,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和位移響應(yīng)情況,同時(shí)對(duì)不同程度的腐蝕損傷結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析,尋找其相應(yīng)變化規(guī)律。通過以上分析為后續(xù)在役海洋平臺(tái)井架安全性評(píng)價(jià)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE952
【圖文】：

第二章 考慮損傷的海洋平臺(tái)井架結(jié)構(gòu)模型分析2.1 海洋平臺(tái)井架損傷分析隨著海洋鉆機(jī)井架服役年限的增長，加之常年服役于惡劣的海洋環(huán)境中，結(jié)構(gòu)會(huì)存在著多種多樣形式的損傷，一旦出現(xiàn)事故將對(duì)國家造成不可估量的損失。因此對(duì)在役井架進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)與評(píng)估是非常必要的，然而尋找一個(gè)合理有效的方法，并建立一個(gè)精確無誤的數(shù)值模型是完成一切研究的前提。海洋井架與陸地井架相比，無論是從設(shè)計(jì)與安裝工藝相比，還是從工作環(huán)境相比都有著很大的區(qū)別：首先，陸地鉆機(jī)井架大多分段，每段采用銷軸連接，這樣易運(yùn)輸、易拆卸、易安裝；由于長時(shí)間多次數(shù)的安裝與拆卸，難免會(huì)造成井架結(jié)構(gòu)的損傷，常見形式有桿件由于撞擊變彎曲，銷軸與銷口的過于松動(dòng)，井架底座的地基沉降等形式的損傷。海洋井架一經(jīng)安裝多年不會(huì)拆卸，由于海洋平臺(tái)空間有限，因此井架上附有很多附屬結(jié)構(gòu)（如圖 2.1a 與圖 2.1b 所示），設(shè)計(jì)與安裝精度要求極高，井架結(jié)構(gòu)均以螺栓連接和焊接為主，力求井架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足要求[38]。

第二章 考慮損傷的海洋平臺(tái)井架結(jié)構(gòu)模型分析傷形式對(duì)比可知海洋井架與陸地井架相比損傷形式最大的區(qū)別為腐蝕損傷（如圖2.1c），陸地井架損傷大多為底座沉降造成的結(jié)構(gòu)受力不均勻或運(yùn)輸過程中的磕碰造成的井架結(jié)構(gòu)的桿件彎曲；而海洋井架所處工作環(huán)境，腐蝕所帶來的損傷會(huì)嚴(yán)重影響其力學(xué)性能。2.2 平臺(tái)-井架模型的建立2.2.1 物理模型簡介本文所研究模型以中油海 1 號(hào)平臺(tái)為原型，結(jié)構(gòu)形式為自升式鉆井平臺(tái)，平臺(tái)主結(jié)構(gòu)為 4 個(gè)圓形殼體式樁腿，主船體與模型底座為槽鋼與工字梁按照相似比理論焊接而成。平臺(tái)上包括鉆機(jī)井架、游車、天車、生活區(qū)、直升機(jī)起降平臺(tái)等構(gòu)件，如圖 2.2所示。該模型可實(shí)現(xiàn)各種載荷測(cè)試、應(yīng)力測(cè)試、勘探鉆井、鉆具提升、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、泥漿循環(huán)、平臺(tái)上下起升等，是目前國內(nèi)功能最全面的鉆井平臺(tái)模型。

第二章 考慮損傷的海洋平臺(tái)井架結(jié)構(gòu)模型分析傷形式對(duì)比可知海洋井架與陸地井架相比損傷形式最大的區(qū)別為腐蝕損傷（如圖2.1c），陸地井架損傷大多為底座沉降造成的結(jié)構(gòu)受力不均勻或運(yùn)輸過程中的磕碰造成的井架結(jié)構(gòu)的桿件彎曲；而海洋井架所處工作環(huán)境，腐蝕所帶來的損傷會(huì)嚴(yán)重影響其力學(xué)性能。2.2 平臺(tái)-井架模型的建立2.2.1 物理模型簡介本文所研究模型以中油海 1 號(hào)平臺(tái)為原型，結(jié)構(gòu)形式為自升式鉆井平臺(tái)，平臺(tái)主結(jié)構(gòu)為 4 個(gè)圓形殼體式樁腿，主船體與模型底座為槽鋼與工字梁按照相似比理論焊接而成。平臺(tái)上包括鉆機(jī)井架、游車、天車、生活區(qū)、直升機(jī)起降平臺(tái)等構(gòu)件，如圖 2.2所示。該模型可實(shí)現(xiàn)各種載荷測(cè)試、應(yīng)力測(cè)試、勘探鉆井、鉆具提升、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、泥漿循環(huán)、平臺(tái)上下起升等，是目前國內(nèi)功能最全面的鉆井平臺(tái)模型。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2766976