自升式钻井平台穿刺分析

 自升式钻井平台是近海石油和边际油田开发的重要设备。据统计,穿刺事故占自升式钻井平台总事故的比例超过了50%,造成平台严重损坏和人员伤亡。以Arab drill 19自升式钻井平台和中国某自升式钻井平台的穿刺事故为例,分析穿刺事故发生的原因,说明穿刺事故的危害。采用投影面积法,分析了中国某自升式钻井平台在渤海某井位发生穿刺事故的可能性,结果表明,该平台存在较大的穿刺风险,并预测了穿刺后的插桩深度。对比平台实际插桩深度,预测结果存在较大误差。结合穿刺研究的最新成果,分析两者存在误差的原因：实际插桩过程中,桩靴底部将形成砂土塞,该砂土塞会极大地提高土体的极限承载能力,导致实际插桩深度比预测插桩深度浅。     

穿刺压载试验及桩-土空腔数值模拟

基于穿刺压载试验,采用ABAQUS/ALE有限元分析方法模拟自升式平台插桩过程,对桩土贯入过程中空腔的作用机理进行数值分析,通过监测桩下、土体表面和桩侧附近土体点位移的时程变化,研究空腔的作用机理.数值模拟结果表明:空腔破坏严重加大桩端承载;桩靴底部土体回流造成空腔垂直壁面剪切破坏是空腔形成及其深度发展的主要原因.针对桩靴穿刺现象,利用穿刺压载试验对数值模拟进行验证.结果表明:数值解与试验结果吻合;穿刺发生时,桩端承载骤降,桩靴外侧压力约为内侧压力5~10倍,压力变化呈非线性分布,这与中国船级社《海上移动平台入级与建造规范》中关于桩靴底部压力呈线性分布假定不符.     

自升式平台桩土作用机理的研究进展

自升式平台是近海石油开发中最主要的移动式平台,被国内外广泛使用。通过对现役自升式平台的结构特点进行分析,简要介绍了自升式钻井平台的分类、桩靴形状和桩土相互作用中的穿刺现象;探讨了国外对桩土相互作用机理的研究情况,重点阐述了国外对桩土相互作用的实验研究和土体本构模型的发展及数值模拟方法;而后对国内的研究情况进行了总结,提出了在自升式平台桩土相互作用方面应该深入探讨的问题。     

自升式平台方形桩靴“踩脚印”时结构强度计算方法

桩靴是自升式平台的基础,对整个自升式平台起到支撑和稳定的作用。在自升式钻井平台“踩脚印”的过程中,桩靴底部受到土体不均匀的承载力,可能会造成桩靴局部应力过大,进而导致桩靴损坏。鉴于自升式钻井平台“踩脚印”对桩靴结构的潜在危险,设计了三桩腿的自升式钻井平台“踩脚印”试验模型,获得了不同入泥深度时桩靴底部的压力分布状况。通过分析发现,在入泥深度为5 m时,桩靴两端产生最大的压力差,而在入泥深度为15 m时,桩靴底部压力最大,根据不同入泥深度对应的桩靴底部压力分布值构造了二次多项式函数,在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立了详细的方形桩靴有限元模型,将构造的压力分布函数按照分布规律分别施加到桩靴底部,计算出桩靴在不同深度以及不同偏心距时的桩靴应力结果。结果表明：在“踩脚印”过程中,应力最大位置出现在桩靴顶部圆管以及底部壳板位置,桩靴底部两侧受力不平衡对桩靴强度计算具有较大影响,相比直接将最大压载施加到桩靴底部的保守计算方式,本文方法和计算结果更加接近实际工程工况。     

自升式平台插桩过程CEL分析及验证

插桩对自升式平台总体响应和设计影响很大,插桩预测有助于保证平台安全工作和减少刺穿事故。本文采用欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)研究桩靴在粘土中的插桩性能。土体采用三维减缩积分欧拉单元离散,并定义为von-Mises弹性塑性模型;桩靴简化为刚体,其与土体间的相互作用采用加强沉浸边界法模拟。与Hossain所做的土工离心模型试验对比表明:von-Mises模型可以有效模拟出插桩过程中土体的流动特性,与试验模型所得结果吻合良好;在插桩过程中,土体发生了表面隆起、壁面坍塌、土体回流和局部流动等4种流动失效现象;Skempton方程忽视了土体部分回流对桩靴承载力的影响,在插桩前期预测结果偏大,后期与数值解一致。     

自升式平台地基承载力,抗倾稳性及桩腿插深分析

由于地质原因的不明，自升式平台桩腿突然刺破持力层而导致平台桩腿及结构破坏的事故时有发生．自升式平台作业时桩腿的地基承载力及抗倾稳性，对保证平台在各种海况下的作业安全是非常重要的．通过对某一自升式平台地基承载力及抗倾稳性的分析计算，探讨了平台抗倾稳性与海底土层地基承载力及桩腿插深之间的关系．对今后该类平台的设计具有一定的参考价值．     

自升式平台桩腿桩靴在多层土体插桩深度分析方法研究

结合公司自升式平台在胜利埕岛油田的插桩作业分析,通过比较单层土体承载力计算方法与多层土体承载力计算方法的差别,提出了多层土体插桩深度计算分析方法,并优化考虑了土体回填的判别方法。通过实际插桩过程的计算分析,验证了该方法的准确性。     

自升式平台的作业风险分析及其应对措施

自升式平台是一种通过桩腿及升降系统把平台举升达到一定高度,以适应不同水深及作业高度的大型装备。在作业期间,平台不需要承受普通船舶承受的摇摆及垂荡,使作业如在"平地"的状态下进行,从而能够胜任作业船舶不能完成的任务。但平台在作业前需要经过插拔桩、拖航、压载等一系列工作,故存在着很多的潜在风险。为此论述了平台在准备及作业过程中所面临的风险以及应对措施。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业，应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型，实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析，提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核，计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明，该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求，冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。     

喷冲式滩海埋缆系统的设计

介绍了根据胜利油田滩海地质情况的特殊性而设计的喷冲式埋缆系统的用途、组成、基本工作原理、设计过程等，该系统采取滑靴型式的喷冲挖沟方式，埋缆机由母船拖曳前进，主要用于水深在0.8～30m的海滩，底质为硬砂土和红胶泥层，埋设直径小于150mm的电缆，埋设深度大于等于2m，由于它具有结构简单、埋设速度快、埋深大的优点，经改造后可以适用于更大水深和埋深要求。     

循环荷载下结构性黏土的动力特性试验研究

天然沉积黏土大多具有结构性,我国沿海地区广泛分布着深厚的软黏土层,沿海地区的机场、高速公路、地铁等大型交通工程都建在软黏土地基上。天然软黏土由于结构性表现出与重塑土不同的工程性状,通过开展湛江原状黏土和重塑黏土的循环三轴试验,对循环荷载作用下湛江黏土的动变形、动强度和动孔压特性进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用具有脆性破坏特征,固结压力增长造成的土体结构破坏对天然黏土动力特性的影响较大,随着固结压力增大,原状黏土的动力变形特性逐渐趋于重塑土,原状土和重塑土在不同围压下的动强度曲线差异性十分明显,且结构性某种程度上抑制了原状土的动孔压发展。     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。     

软土地层隧道抗震稳定分析

结合上海某地铁隧道工程，研究了隧道结构，周围土体及注浆材料的动剪应力，孔隙水压力及沉降量等的分布特征，评价了该隧道的抗震稳定性，采用了几种典型的地震波输入，对处于粘性土地层和砂性土地层中的隧道分别进行了动力响应分析，计算中，采用有效应力动力分析方法，并考虑了饱和软土的震陷对地下结构物抗震稳定的影响。     

Dynamic response of jetting and cementing bucket platform to wave and current loading

The jetting and cementing bucket platform （JCBP） is a new type offshore oil-drilling platform. This paper aims to establish an analysis method for calculating the dynamic response of this platform. Based on the theory of elastic half space, the dynamic stiffness and damping of the platform＇ s foundation were obtained and attached to the end of the platform＇ s main jackets as a boundary condition. Then using finite element method （FEM）, the dynamic response of the platform due to wave and current loading was calculated. Furthermore, the whole platform＇ s finite element model was established and the dynamic response of the platform was calculated. The numerical results demonstrate that the present method by the usage of elastic half space theory and FEM is simple and it is reliable and efficient to calculate dynamic behavior of the platform in response to wave and current loading.     

自升式平台试验中桁架腿等效方法研究

在桁架自升式平台模型试验中,由于在制作模型时不能将桁架腿直接按比例缩小,故需要将其等效为圆柱腿．根据水中受力相似的基本思路,利用ANSYS软件,提出确定等效圆柱腿外径的方法,并分析了试验中波高、波周期对等效外径的影响．     

基于分段线性化模型的一维流变固结分析

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.     

气动喷射点胶CFD仿真与实验研究

为了研究气压驱动的喷射点胶过程,建立了撞针气缸模型及点胶阀模型;仿真分析了气缸内压力变化对撞针运动特性的影响及撞针运动特性对点胶性能的影响。仿真结果表明:不合理的气缸管道结构会造成撞针的响应延迟;过大的驱动气压会导致气泡混入胶水。最后设计DOE实验,仿真分析了腔体尺寸对胶量、喷射速度的影响;实验分析了工艺参数对胶量的影响;并利用Minitab分析仿真和实验结果,其中腔体结构中,胶量对喷嘴直径最敏感而喷胶速度对撞针球面半径最敏感。工艺参数中,供胶压力对胶量影响最大。结论对喷射阀结构设计及工艺参数设定具有指导意义。     

低路堤软土地基在交通荷载作用下的动力特性试验研究

设计并制作了低路堤软黏土地基模型。测试了软黏土地基在交通荷载不同强度、不同频率下的动土压力和孔隙水压力;以及土压力和孔隙水压力随深度的变化。获得了低路堤软粘土地基在交通荷载作用下的动力特性发展规律。研究表明:在交通荷载循环作用下,无论荷载强度、荷载频率的大小,软黏土地基的土压力和孔压都是随着埋深的增加而呈衰减趋势。随着荷载频率的增加,土压和孔压的波动变化明显加剧,但压力值并不是随着荷载频率的增加而简单的增长或减小;随着荷载强度的加大,某一深度处土压力受到的最值变化不是很明显,而孔隙水压力却显著的发生了变化。