超大型浮式平台风载荷计算

针对超大型浮式平台上层建筑台风状态下风载荷,分别采用中国船级社（CCS）、挪威船级社（DNV）规范和实尺度计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）计算等3种方法进行计算,并对计算结果进行对比分析。CFD方法与DNV规范方法计算结果较为一致,当风向角为135°和225°时最大误差为 10.19%,在其他风向角时误差小于8%。构建平台空间位置风载荷影响分析方法,可通过云图形象直观地看出不同风向角下平台横向和纵向空间位置对风载荷的贡献量及模块间遮蔽效应的影响程度。研究成果可为平台设计人员更合理地评估风载荷提供参考,为进一步优化平台上层建筑构型提供指导。     

基于CFD技术的半潜式钻井服务支持平台风荷载预报

该文基于N-S方程的DES湍流模型,对1∶50缩尺比半潜平台受到的风载荷、压力系数分布和平台表面附近流场进行了研究。将数值模拟风载荷和风倾力矩通过相似理论换算为实际值,并与规范计算值进行比较分析,结果显示,数值模拟值较规范计算值小。影响各结构和整个平台风载荷的主要因素有"遮蔽"效应和迎风面面积。由于干扰效应和"遮蔽"效应影响,导致不同倾斜角、风向角下平台所受风载荷不同。相同倾斜角度下,风载荷变化规律随着风向角的增大而不同;而相同风向角下,风载荷随着倾斜角增大而增大。"遮蔽"效应、倾斜角、风向角、结构位置和结构形状等对结构受压分布差异和平台表面附近流场有重要影响。     

梯度风作用下HYSY-981半潜式平台风载荷与表面风压分布研究

针对我国最新建造的HYSY-981半潜式平台,分别采用风洞实验和数值模拟方法研究了稳态梯度风下0~90°风向角工况时平台整体风载荷与表面风压分布规律.平台的风洞实验包括测压与测力实验.通过测压实验得到了平台表面的风压分布和各构件的形状系数,并由此得到了平台的整体风载荷;通过测力实验得到了平台在无偏转和偏转10°时的整体风载荷,并通过实验结果的对比研究了平台偏转及井架孔隙对平台整体风载荷的影响.平台风载荷的数值模拟结果与风洞实验结果基本吻合.     

固定式平台上部组块风载荷研究

固定式平台上部组块结构复杂,难以通过统一的公式精确计算平台的风载荷,也难以考量平台模块间的遮蔽和干扰效应。为此,以南海某固定式平台为例,借助国内先进风洞实验室,对平台上部组块进行风洞试验,测定其在全风攻角下的风压分布、各模块的体型系数以及风载荷;并基于CFD技术对其进行数值仿真,将风洞试验结果、数值仿真结果和规范公式计算结果进行对比分析。分析结果表明:风攻角对风压系数、体型系数以及风载荷影响较大,不同风攻角下平台各个模块风压系数和体型系数不同,其值在0.1~2.2范围内变化;数值仿真与风洞试验在计算平台平均风压分布、结构体型系数以及风载荷时比较接近,随风攻角的变化趋势亦基本相同,且仿真结果较风洞结果对风攻角的变化影响反映更加细致。考虑到风洞试验的高昂成本以及模型缩尺的影响,对大型导管架上部组块结构风载荷精细评估时,建议采用数值仿真代替风洞试验。所得结论可为我国导管架平台结构设计和结构安全评估提供参考。     

大型海洋石油平台风振响应

针对大型海洋石油平台钻井架、吊机等高耸镂空结构抗风敏感性问题,进行了高耸结构风致振动响应分析。基于相似准则开展了0~360°全风向角下大型海洋石油平台高频动态测力天平实验,建立了平台结构全风向角下脉动风载荷空间分布估计模型,进行了全风向角下平台结构风致振动评估,获得了平台结构风致振动特性和阵风载荷因子变化规律。结果表明:平台结构横风向脉动风载荷均方根值约为顺风向脉动风载荷均方根值的10%;平台结构风致振动主要集中于井架等高耸镂空结构,横风向加速度均方根值约为顺风向加速度均方根值的55%;井架等高耸结构对横风向脉动风载荷动力放大作用较大。进行大型海洋石油平台结构抗风设计时不应忽略横风向风载荷作用,还要重点关注高耸井架顶部和底部的风振响应以及高耸结构对横风向脉动风载荷的放大作用。     

基于STAR-CCM+平台和OCIMF方法的FPSO流载荷计算与分析

为保证FPSO提油作业安全进行,研究FPSO流载荷不同计算方法的适用性。以某FPSO为研究对象,采用CATIA平台进行FPSO三维建模,基于CFD软件STAR-CCM+平台,采用标准k-ε湍流模型封闭RANS方程,自由液面采用VOF法进行模拟求得FPSO纵向、横向流载荷系数及偏航力矩系数,并与OCIMF图谱插值及风洞试验值进行比较。结果表明:随着水深吃水比增加,数值模拟结果与OCIMF图谱值和风洞试验值越来越接近;在浅水时,采用VOF模拟自由液面方法与OCIMF图谱值差异较小,与风洞试验值差异较大,证明不同流场介质对流载荷影响显著。     

FPSO上部模块管道支架位移计算方法

FPSO服役期内,由于海浪和海风的影响,船体在压载、操作和拖航工况下发生中垂/中拱,船体变形带动上部模块运动,并通过生根在上部模块的支架而作用在管道上,使管道产生位移。为了保证FPSO安全连续运行,FPSO上部模块管道应力分析除了考虑管道重量、温度、压力等常规载荷外,还需要重点考虑船体变形引起的管道支架位移的影响。目前国内介绍FPSO上部模块管道支架位移计算的文献较少,因此结合FPSO项目实例,详细介绍了FPSO上部模块管道支架位移计算的两种方法:线性插值法和软件模拟法,以及通过Excel从CAESAR Ⅱ软件快速导入/导出管道支架位移数据的方法,以供其他FPSO项目参考。     

烟气脱硫洗涤塔大开孔应力分析及评定

按照某催化裂化装置烟气脱硫洗涤塔塔体设计受载条件下受到的重力、压力、风载荷、地震载荷及温度载荷的组合参数进行了应力场数值模拟。采用实体单元建立洗涤塔有限元分析模型;运用有限元分析软件ANSYS对其温度场、应力场及温度-应力耦合场进行了数值模拟。最后依据JB 4732—1995对计算结果进行校核,结果表明脱硫洗涤塔的设计满足要求。     

基于AQWA的FPSO串靠提油作业中的拖轮适用性评估

FPSO原油串靠外输的过程中,提油轮与FPSO相对位置的保持是其安全作业的首要条件,一般由提油轮尾部的拖轮协助完成定位,因此拖轮拖力的大小成为提油安全作业的基础。目前,拖轮选配仅凭经验,缺乏理论依据。因此,通过对风、浪、流等环境载荷作用的数值计算,求出所需配备拖轮的拖力大小。建立系统力学平衡方程,对提油轮和FPSO进行几何建模,利用AQWA求出波浪力,根据经验公式计算风力和流力,最后得到允许作业环境条件下所需拖轮拖力的分布曲线。计算结果一方面可为拖轮能否安全作业提供评估依据,另一方面可为安全作业选配拖轮提供理论依据。     

FPSO电气间模块和基座结构抗爆炸分析

FPSO电气间模块是高耸的全封闭箱型建筑物。FPSO上部模块总体布置设计采用以电气间模块作为防火、防爆屏障对油气处理工艺模块与主电站、公用系统模块进行隔离的方案。在FPSO工程设计中,开展了上部模块油气泄漏扩散、燃爆连锁风险定量分析及控制策略优化研究。应用理想化的"压强-时间"曲线模拟爆炸冲击荷载。对电气间模块主体和基座、FPSO主甲板支墩和止升爪进行了抗爆炸工况线性静力分析和时域非线性动力分析,计算了基座结构强度和塑性应变,分析结果满足API、船级社规范和企业标准要求。对液压顶升模块更换弹性基座的工况进行了分析。FPSO电气间模块和基座结构抗爆炸分析可确保FPSO和电气间模块主体结构设计的本质安全。     

横浪作用下大型上部组块双船浮托安装动力响应特性试验研究

海洋平台万吨级上部组块安装是海洋油气资源开发中极具挑战性的工作,单船浮托由于受到驳船吃水等因素的限制,已无法满足上部组块重量逐渐增大的需求,探讨并分析双船浮托安装的可行性,对海洋平台的发展具有重大意义。本文以“海洋石油225”号和“海洋石油226”号双船的物理模型为研究对象,对横浪作用下双船浮托安装进行了试验模拟,研究了就位待命阶段和进船对接阶段双船和上部组块的运动响应及桩腿对接单元的受力特性。研究发现由于遮蔽效应及中间水体晃荡作用的影响,横浪下迎浪侧驳船的横摇始终大于背浪侧;进船对接阶段会产生较大桩腿对接单元垂向和水平碰撞载荷。本文研究成果可为我国海上油田大型上部组块双船浮托安装的结构设计和优化提供必要的理论依据。     

渤海海域大型平台组块浮托安装的环境与运动监测实践

以重约12 500 t的海洋平台上部组块为例，对冬季渤海海域应用浮托安装法进行平台海上安装过程中的风、浪、流和潮等环境条件和驳船运动等进行监测和较详细的结果分析。结果表明，现场环境因素和驳船运动等满足设计要求，监测结果为指挥人员高效地获取现场实时数据提供支持，并给出适合作业时间窗口期及指导现场作业安全有效进行。可为今后同类工程施工提供参考，使大型平台浮托安装得到更安全有效的实施。     

风浪联合作用下5 MW三桩固定式风机动力特性响应

以NREL 5MW为目标风机,参考OC3Tripod风机尺寸参数,考虑风浪联合作用,取水深45m,建立三脚架固定式近海风机整机模型,比较定常风、湍流风以及不同风速对应的风电系统工作状态对风机动力特性响应的影响。结果表明:在对风机结构进行强度校核时,出于安全考虑,应使用湍流风模型计算分析风机整机模型;风机在工作状态下会受到较大的气动载荷,需着重研究工作状态下的风机姿态和结构特性。     

组合载荷下海上风机塔架受力特性数值分析

研究组合载荷下海上风机塔架的受力特性。基于江苏启东海域6 MW海上风机资料，采用GH Bladed软件开展组合载荷下海上风机塔架的受力特性数值模拟，得到以下主要结论：与风载荷作用相比，在风载荷+波浪载荷组合作用下，风机塔架基础底面所受峰值剪力提升72.0%，峰值弯矩提升8.3%；波浪载荷对基础所受剪力和弯矩的影响显著，在相对波高为4时，基础底面所受相对剪力和相对弯矩分别为3.04和1.44；与风载荷作用相比，在风载荷+地震载荷组合作用下，风机塔架基础底面所受峰值剪力提升76%，峰值弯矩提升21%。研究成果可为启东海域海上风机设计及施工提供理论支撑。     

考虑多场耦合的碰撞载荷下半潜式风机动力响应

以DeepCwind浮式风机为研究对象,确定典型碰撞事故场景,提出一种风-浪-系泊耦合场景下船舶-浮式风机碰撞动态响应数值分析方法。基于FAST程序获得不同海况下半潜式风机的气动推力、水动力参数和系泊张力,再利用LS-DYNA中的Subroutine Loadud子程序完成加载以实时更新计算水动力载荷,同时考虑系泊载荷和气动载荷的耦合作用。在此基础上,基于LS-DYNA软件开展多场耦合的碰撞载荷作用下浮式风机动力响应研究,分析船舶撞击对浮式风机动力响应的影响。结果显示：撞击船的动能大部分转化为浮式风机的动能,风机浮筒所产生的应力应变主要分布于浮筒的撞击区域,且浮筒的结构应力呈现先增大后减小的趋势。     

自升式平台桁架式桩腿的等效简化

以某自升式平台的桁架式桩腿为例,介绍桁架式桩腿在平台稳性分析中的等效简化方法。对算例结果进行分析,发现对于不同风向角得到的等效拖曳力因数不同。采用Moses稳性分析软件对桁架式桩腿进行细致的建模,计算不同风向角下的风载荷,与采用等效桩腿法得到的风荷载进行对比,发现细致建模得到的风荷载结果比采用等效桩腿法得到的结果稍大一些,说明桁架式桩腿的等效简化处理虽然有效,但是存在一定的安全隐患,建议在采用等效简化桩腿时,对等效桩腿的风力系数额外取1.2的安全因数,以保证平台稳性分析的可靠性和安全性。     

超大型平台安装试验研究——以荔湾3-1气田中心平台为例

以荔湾3-1气田中心平台导管架和组块安装设计为例,分析了超大型导管架和平台组块安装设计及安装实施过程中的关键风险点,针对这些风险点,采用水池模型试验方法进行了验证。对于基本设计结果与模型试验结果之间由于尺度效应造成的差异,进行了模型尺度的数值分析以保证设计成果的可靠性。本文提出的超大型平台安装设计的技术流程,对于后续超大型深水平台安装方案的设计具有借鉴意义。     

玛湖凹陷砾岩裂缝扩展数值模拟

玛湖凹陷砾岩裂缝扩展规律不清晰,其影响因素也不明确.构建多相混合介质砾岩数值模拟模型,对不同加载方式、不同特征砾岩的裂缝扩展规律进行研究.结果表明,砾石含量越高,胶结强度越低,砾石和基质的相对强度越大,则砾岩形成的裂缝越复杂;拉伸载荷和剪切载荷共同作用下砾岩裂缝最为复杂;砾石对砾岩裂缝的吸引作用和屏蔽作用促进砾岩形成复...     

小直径中子孔隙度测井仪探头参数设计

在小井眼条件下进行地层参数测量,测井仪器外径小,其测井响应与常规测井仪器存在差别。为在小井眼条件下兼容使用常规仪器校正图版,需要对小直径仪器结构参数进行优化设计。以中子孔隙度测井仪为例,利用蒙特卡罗模拟方法研究源距相同、外径不同仪器的测井响应,以及屏蔽体、仪器外壳、源距等参数对小直径中子孔隙度测井仪计数比值的影响,可以得到:屏蔽体和仪器外壳对中子孔隙度测井响应影响较小,而源距对热中子计数率和比值影响较大。通过适当调整近、远探测器源距,能够实现与常规中子孔隙度测井仪具有一致的测井响应,且受井眼尺寸、岩性等条件的影响近似相同。研究结果实现了不同类型中子孔隙度测井仪器数据处理的兼容,为小井眼钻井条件下的地层参数测量提供技术支持。