海底钻井液举升钻井系统监测与控制

海底钻井液举升钻井(SMD)技术可以有效地解决常规深水钻井压力梯度区间较窄的问题,复杂的海洋钻井环境为其实现造成了一系列的控制难题。结合SMD系统的组成和基本功能,选择PXI系统作为海底钻井液举升钻井监、控系统的硬件平台,基于Labview开发SMD系统监控程序。结合SMD的作业流程和工况特点,根据模糊控制理论,设计实现SMD系统模糊控制器,解决SMD系统大惯性、大时滞的控制难题。通过海底钻井液举升钻井试验平台对所开发的监控系统性能进行验证。试验结果表明:监测模块可精确测量SMD系统的各项运行参数;模糊控制器能够快速有效地保证泵的入口压力维持在某一恒定值附近,系统能可靠地应对井涌、井漏等异常工况的发生。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移.对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力.支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道顶板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大.文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征.通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道Ⅴ级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响.     

考虑烟气影响的海底隧道火灾人车混合疏散优化模型

为研究烟气影响下海底隧道火灾人车混合疏散优化问题,建立疏散安全成本最小的优化模型.首先,考虑海底隧道结构特性和火灾情景过程中的烟气影响,确立烟气伤害不超限、人车路径流量不超容许载荷等约束条件,构建车辆、人员疏散时间最短的优化模型.然后,考虑隧道应急出口、CO浓度、路段长度和拥堵状态,设计改进蚁群算法对模型进行求解.最后...     

海底管道SSIV设置研究

针对海底管道水下隔离阀系统（SSIV）设置成本过高而存在的设置必要性问题,建立基于定量后果分析的SSIV评估系统．基于历史数据库研究海洋立管和海底管道的泄漏频率,通过实验与经验模型进行对比确定气池直径的计算方法,并运用PHAST软件计算火灾事故后果,用自主开发软件定量计算水下油气泄漏扩散后果;在此基础上对火灾爆炸事故后果升级问题进行研究,实现对设置SSIV带来收益的准确评估．该方法已成功运用到南海深水油气勘探开发示范工程某气田的SSIV设置研究中,可供其他工程借鉴参考．     

水下卡爪式连接器安装工具设计研究

在海洋石油管线连接中多采用卡爪式连接等机械连接方式，针对此类连接器的安装与维护，设计了一套水下卡爪式连接器安装工具。对此安装工具进行了机械结构的设计，并将其工作过程分为下放、软着陆、加载、二次锁紧、回收五个步骤，将安装工具各部件在工作过程中的作用进行了介绍。针对安装工具关键受力部件在工作过程中受力变化的问题，采用分步分析的方法，找出各个部件在工作过程中受力最大的步骤，建立模型，找出各个部件的受力位置并对其施加约束，从而进行有限元分析，得到各个部件的应力及应变。将数据与其所用材料Q345-D的力学性能相比，完全符合设备的工作要求。     

船舶锚泊作业对海底管线的拖拽损害

针对渤海海域近年来频繁发生的由于抛锚导致海底管线损害故障,对锚和锚链拖拽力进行分析,选取实际船舶计算抛锚作业对海底管线的拖拽力,分析锚泊作业对海底管线的拖拽损害,可为船舶抛锚作业对海底管线损害的风险评估提供依据.     

锈蚀对海底隧道锚固支护结构加固性能的影响

根据前人的理论研究及试验成果,基于FLAC3D锚固模型及有限元强度折减思想,探讨了加筋锈蚀对锚固支护结构加固性能劣化的影响.结果表明:随着锚杆锈蚀程度的提高,围岩加锚区变形及围岩塑性区面积增大,其中锈蚀对隧道起拱线处的收敛变形影响明显,位移锈蚀影响度最大可达56.7％;锈蚀降低了锚固注浆体的粘结力和锚杆强度,且锈蚀对锚固注浆体粘结作用劣化的影响大于对锚杆强度劣化的影响,围岩锚杆最大轴应力锈蚀影响度最大为11.6％,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6％.研究结果可为分析海底隧道锚固支护结构的锈蚀劣化提供一定的参考.     

海上管中管结构力学研究现状与发展

为了避免风浪流、泥线低温等海洋环境载荷对钻完井作业及生产管柱的影响,海上管中管结构以其良好的安全保护、保温、传输等性能被广泛应用。目前,管中管的力学、强度及安全分析主要依据单管结构进行。为了系统梳理管中管在作业过程中力学分析方法,对管中管的结构组成,海上单管承内压、外压、屈曲设计与校核分析方法进行了介绍;同时,根据海上管柱易出现横向塌陷的特点,在单管塌陷及其传播公式基础上,对管中管的4种主要塌陷模式、管中管的塌陷传递压力计算方法进行了说明;在总结管中管动力学分析理论及其成果的基础上,提出了管中管结构动力学研究的发展方向。该研究有助于中国海上管中管结构力学的深入研究,可为中国深水领域的管中管安全作业提供借鉴。     

基于驾驶仿真的海底隧道出入口段视觉减速标线有效性

为提高海底隧道出入口段行车安全性,研究海底隧道出入口段不同视觉减速标线方案下驾驶员视觉特征变化规律。本文共设置了6种视觉减速标线方案,对26名驾驶员进行了室内驾驶仿真实验,采集了车速、注视点占比、瞳孔直径和察觉距离等数据,通过分析和处理数据判断视觉减速标线的有效性,分别建立了海底隧道出入口段车速与驾驶员瞳孔直径的回归模型,在海底隧道入口段二者呈非线性关系;出口段二者呈线性关系。采用驾驶员问卷调查法对视觉减速标线有效性进行了验证。结果表明：在海底隧道出入口段共设置的6种视觉减速标线方案均对驾驶员视觉特征有显著影响;与其他标线方案相比,白色鱼刺形减速标线设置下驾驶员瞳孔直径、A区域注视点占比、察觉距离和错觉影响最大,有助于驾驶员主动降低车速、提前采取减速措施,保障行车安全。     

用有限元强度折减法对海底隧道进行稳定性分析

利用有限元强度折减法求得的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议.计算表明,青岛湾址隧道的埋深、双洞净间距均安全合理;隧道围岩的整体变形不大,局部位置变形明显,在支护设计及施工过程中这些部位需重点考虑;双洞上拱出现拉应力区,但是最大拉应力值小于岩石抗拉强度.模拟结果为海底隧道结构设计提供了可靠的分析依据.