自升式平台主体沿桩腿升降过程中的RPD预测

论文摘要

自升式钻井平台凭借其抗风暴能力强、机动性好、造价经济等优点,承担着大量中、浅海地区的石油钻探任务,因此,对其进行安全评估是十分必要的。目前,相关学者针对平台拖航过程中稳性、举持状态、风暴自存状态下结构动力响应及桩靴与土壤的相互作用进行了大量研究,然而针对平台在不同地点安装过程进行的研究却非常少。由于环境载荷及海底地质条件影响而导致的自升式钻井平台安装定位失效很可能带来巨大的经济损失及人员伤亡,而上述失效的直接原因往往是桩腿支撑管屈曲失效,此问题可以通过RPD(Rack Phase Difference)进行度量研究。本文主要目的是对自升式钻井平台升船过程中的RPD进行研究,记录升船过程中RPD及其它结构响应,并分析环境载荷(风载荷、波浪载荷)、海底边界条件对RPD的影响。本文的重点工作如下:1)引入RPD的定义、测量方法、成因、分类等基本概念,论述国内、外RPD的研究进展及研究方法,包括二维、三维有限元方法进行敏感性分析及时域分析等,并给出了相关结论。2)结合电动齿轮齿条升降装置的特点,设计RPD时域数值模拟程序,包括介绍有限元模型建立的准则、通过样条插值获得升降机构特性函数,以及设计通过应力提取进而实现模型位移控制的时域数值模拟程序。3)给出环境载荷(风载荷、波浪载荷)的计算方法、及时域加载方式,编制适用于RPD时域数值模拟的波浪载荷等效节点力计算程序;确定需要考虑的海底边界条件,以及不同海底边界条件在有限元模型中的表达。4)以F&G公司设计的L780 ModⅤ型自升式钻井平台为模型,应用前述方法研究风、浪及海底边界条件对平台升船过程中RPD的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外发展研究现状
• 1.2.1 自升式钻井平台的发展和应用现状
• 1.2.2 自升式钻井平台在我国的应用情况
• 1.2.3 自升式钻井平台的研究现状
• 1.3 论文的主要工作内容
• 第2章 RPD 概述
• 2.1 RPD 的定义
• 2.2 RPD 的测量
• 2.3 RPD 的分类
• 2.4 RPD 的研究现状
• 2.4.1 RPD 的二维模型受力分析
• 2.4.2 RPD 及支撑管载荷关于桩腿结构型式的敏感性分析
• 2.4.3 许用RPD 的确定方法
• 2.4.4 RPD 的三维有限元时域数值模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 自升式钻井平台的RPD 时域预报方法
• 3.1 概述
• 3.2 电动齿轮齿条升降装置的简化
• 3.2.1 常用的自升式钻井平台的升降装置
• 3.2.2 电动齿轮齿条式升降装置的特点
• 3.2.3 电动齿轮齿条式升降装置的简化
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 平台主体
• 3.3.2 桩腿
• 3.3.3 平台主体与桩腿的相互作用
• 3.4 RPD 时域数值模拟的程序
• 3.4.1 RPD 时域数值模拟的假设
• 3.4.2 RPD 时域数值模拟的程序
• 3.4.3 等时间步长的RPD 时域数值模拟的程序
• 3.5 本章小结
• 第4章 环境载荷计算及海底边界条件的确定
• 4.1 自升式钻井平台的环境载荷
• 4.2 波浪载荷计算
• 4.2.1 线性波浪理论
• 4.2.2 Morison 公式
• 4.2.3 单根桩腿上水平波浪力的计算
• 4.2.4 桩腿节点上的等效节点力计算
• 4.2.5 桩腿等效节点力的时域加载
• 4.2.6 作用在其它桩腿上的波浪载荷的计算
• 4.2.7 波浪载荷等效节点力计算程序
• 4.2.8 波浪载荷算例
• 4.3 风载荷计算
• 4.3.1 风载荷计算方法
• 4.3.2 风载荷的加载
• 4.4 海底边界条件
• 4.4.1 桩靴在海底固定处的转动刚度
• 4.4.2 桩靴在海底受力偏心时的附加弯矩
• 4.4.3 不同海底基础的边界条件表达
• 4.5 本章小结
• 第5章 RPD 预报算例及敏感性分析
• 5.1 概述
• 5.2 ANSYS 及APDL 参数化设计语言简介
• 5.3 L780 Mod Ⅴ型平台主要技术参数
• 5.4 RPD 时域数值模拟的工况
• 5.5 横向载荷作用下升船过程中RPD 的响应
• 5.6 风载荷对升船过程中RPD 的影响
• 5.7 波浪载荷载荷对升船过程中RPD 的影响
• 5.8 海底边界条件对升船过程中RPD 的影响
• 5.9 RPD 的敏感性分析及平台升船操作的建议
• 5.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢