自升式钻井船桩靴上拔力研究

论文摘要

由于中国沿海地层复杂,特别是渤海湾,部分地方地质疏松,可能由于钻井船桩靴入泥过深而造成对平台的危害。海上自升式钻井船应用的基本前提就是就位时“下得去”、运行时“立得住”、迁航时“拔得出”。本课题针对搬迁时“拔得出”的问题进行研究,通过理论分析和数值模拟研究不同土质条件下,不同桩靴类型在不同贯入深度下的拔出规律。本文总结了国内外对于海上自升式钻井船桩靴上拔力研究的现状,同时对上拔过程中桩靴上拔阻力的各种影响因素做了研究,列举出计算桩靴上拔阻力的经典算法和经验公式算法。利用有限元分析软件ABAQUS模拟在荷载作用下海上自升式钻井船桩靴的上拔过程。模型采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,并考虑土和桩靴之间的接触面作用、初始地应力施加和土体边界影响等诸多因素,通过数值分析结果确定桩靴上拔所需的最大上拔力。并定性的分析了土体参数（弹性模量E、粘聚力c）、桩靴参数（直径D,上部坡角）及埋置深度d对桩靴上拔力的影响及其相互关系曲线。本文还考虑了饱和多孔粘性土的特性,在ABAQUS有限元分析中引入流固耦合理论。考虑流固耦合作用以后,桩靴上拔力有所增加,并且根据桩靴上下对称位置处的孔隙水压力的变化趋势的不同,引进了软土吸力的概念,并分析了软土吸力在桩靴净上拔力中所占的比例,以及其与土体粘聚力c的相互关系。最后文章对渤海五号钻井船的桩靴上拔过程进行有限元模型实例分析,并且对理论分析和有限元分析的结果进行比较,检验了有限元模型的可用性和有效性,证明有限元分析方法对海上自升式钻井船桩靴上拔力的工程设计、计算具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自升式钻井船的历史及国内发展现状
• 1.2 自升式钻井船的主要装置
• 1.2.1 船体
• 1.2.2 升降装置
• 1.2.3 桩腿和桩靴
• 1.2.4 吊机及甲板
• 1.2.5 生活设施
• 1.3 研究课题的工程背景及意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 自升式钻井船桩靴上拔阻力理论分析
• 2.1 桩靴上拔过程分析
• 2.1.1 拔桩过程
• 2.1.2 拔桩力分析
• 2.2 桩靴上拔力计算
• 2.2.1 基本计算公式
• 2.2.2 根据规范计算
• 2.2.3 圆柱面剪切法
• 2.2.4 扩大系数法
• 2.2.5 工程兵学院计算公式
• 2.2.6 Meyerhof-Adams法
• 2.3 实例计算
• 第三章 桩靴上拔过程的数值模拟
• 3.1 土的本构模型
• 3.1.1 弹塑性理论简介
• 3.1.2 Mohr-coulomb（摩尔—库仑）弹塑性模型
• 3.1.3 Drucker-Prager（杜拉克—普拉格）弹塑性模型
• 3.1.4 Mohr-coulomb和Drucker-Prager间的模型转换关系
• 3.2 ABAQUS有限元问题的模拟
• 3.2.1 接触问题的模拟
• 3.2.2 初始应力场的施加
• 3.2.3 土体边界尺寸的确定
• 3.3 土的破坏模式
• 3.4 数值模拟结果分析
• 3.4.1 有限元模拟理论分析
• 3.4.2 模型建立及计算
• 3.4.3 模型计算结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 饱和土的渗流—应力耦合分析
• 4.1 饱和土的渗流—应力耦合分析
• 4.1.1 单元类型的选择
• 4.1.2 分析类型
• 4.1.3 时间步长选择
• 4.1.4 解的形式选择
• 4.1.5 材料参数选择
• 4.2 模型建立与分析
• 4.3 模型计算结果分析
• 4.3.1 考虑流固耦合和不考虑流固耦合情况的比较
• 4.3.2 不同上拔速度对孔隙水压力的影响
• 4.3.3 桩靴上下对称点的孔隙水压力变化
• 4.3.4 桩靴上方不同高度处点的孔隙水压力变化
• 4.3.5 桩靴半径方向上不同距离处点的孔隙水压力变化
• 4.4 软土吸力在上拔力中所占的比例
• 4.5 小结
• 第五章 渤海五号钻井船上拔力研究
• 5.1 渤海五号钻井船简介
• 5.1.1 桩腿桩靴位置及主要尺寸
• 5.1.2 渤海油田的土质特征
• 5.2 渤海五号的降船作业
• 5.2.1 降船作业的准备
• 5.2.2 降船及拔桩（靴）
• 5.2.3 拖航准备
• 5.2.4 拖轮准备
• 5.3 模型建立及结果分析
• 5.3.1 模型建立
• 5.3.2 模型计算结果分析
• 5.4 理论计算结果与有限元模拟结果的比较
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢