南海某油田防沉板极限承载力研究

防沉板是水下生产系统常用的基础结构之一,其极限承载力是影响上部结构安全稳定的重要因素。为解决南海油田防沉板的极限承载力计算问题,依托南海某油田水下生产系统,根据API规范,计算了防沉板在实际工况下的极限承载力; 采用Abaqus有限元软件,建立土体和防沉板的有限元模型,在对土体进行地应力平衡的基础上,采用位移控制法,得到了防沉板的载荷-位移曲线,据此得到防沉板基础的极限承载力,并分析土体在竖向位移下的破坏规律; 将依据API规范计算的极限承载力与有限元仿真结果进行对比,显示两者相差1.23%。研究成果对防沉板的稳定性评估具有一定的指导意义。     

水下打桩导向架结构设计分析方法

打入桩是海洋工程中系泊系统常用的一种基础形式,桩在自由站立情况下的稳定性是进行打桩作业的前提。当在自重作用下桩的入泥深度下无法保持其稳定性时,则需要使用打桩导向架对桩进行导向和扶正。本文结合位于深水区域打入桩基础工程实例,介绍了打桩导向架的结构设计分析方法。     

水下独立钢桩导向架的有限元强度分析

导向架用于水下独立桩在海上进行插桩作业时的导向及打桩时的扶正.在起吊和打桩过程中,导向架底座、立柱和支撑会受到各种力的作用,这些力将对其强度和结构设计产生重要影响.通过有限元计算,导向架底座的最大应力为161 MPa,前后方向立柱和斜撑的最大应力为64 MPa,左右方向立柱和斜撑的最大应力为158 MPa,这些值均小于材料的屈服极限,且从偏于安全的角度考虑,分析过程中没有考虑加筋板的实际结构,因此认为导向架的强度是满足要求的.     

水下独立钢桩打桩导向架的受力分析

导向架用于水下独立桩在海上进行插桩作业时的导向及打桩扶正.在吊桩、送桩和打桩施工过程中,导向架会受到多种力的作用,这些力将对导向架的强度和结构设计产生重要影响.在整个施工过程中考虑最长、最重桩对导向架的作用力,分析了导向架每一步的受力情况,并进行了受力计算.所得结果对导向架的强度分析和结构设计具有重要的指导作用.     

隔水导管复合群桩竖向承载特性

基于有限元方法对阵列排布的隔水导管组成的群桩基础开展竖向载荷作用下的破坏模式研究,分析不同井口间距、桩数、桩径和桩长下隔水导管复合群桩基础的极限承载力和轴向载荷传递规律,结合隔水导管的结构特点,推导适用于隔水导管复合桩的群桩效应系数计算公式。研究表明：隔水导管复合桩群桩效应系数随距径比Sa/D1的增大、桩数N的减小、桩径D1的增大及不排水强度Su的增大而增大;增加变截面以下桩长L2,可提高复合群桩中心桩承载力发挥程度。与相同工况普通钢管桩群桩基础相比,隔水导管复合群桩基础的侧摩阻力发挥更加充分,群桩效应系数更高。     

北部湾导管架平台打桩过程高应变动态监测与分析

为合理评估桩身完整性和桩身承载力,降低拒锤风险,采用PDI公司的无线打桩动态分析仪,对南海北部湾砂性土壤海底区域的涠洲油田某导管架平台桩基打桩过程开展了高应变动态监测。通过监测打桩过程的锤击数、入泥深度及桩身应力值,分析了某桩的打桩捶击能量、桩身完整性,表明该桩没有拒锤及发生屈服破坏的风险。采用CAPWAP法拟合分析了桩基承载力等结果,并将CAPWAP法得到的应力结果与实测应力进行了对比,表明采用CAPWAP法拟合的应力结果可用于后续钢桩承载力的拟合分析。最后将CASE法、CAPWAP法拟合结果与设计极限承载力进行了对比,表明CAPWAP法拟合得到的桩承载力与桩设计外摩擦力结果吻合更好,对判断桩承载力有一定参考价值。本文研究结果可为该海域打桩作业提供技术参考。     

欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔对邻近桩基承载力的影响

海上自升式钻井平台插拔桩作业一般靠近固定平台,这就不可避免对固定平台桩腿产生一定影响。研究了欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔与邻近桩基竖向承载力的可行性,并且分析了数值模拟中参数选取对桩基竖向承载力的影响。研究表明:当网格划分尺寸为0.25 d (d为桩基直径)、桩基加载速率为5 cm/s、桩长的30%嵌固在拉格朗日体中时,桩基竖向承载力计算结果与API规范计算结果吻合较好;桩靴贯入速度为8 m/s时,桩身弯矩的数值模拟结果与现有离心模型试验结果吻合较好;桩靴插拔后,邻近桩基竖向承载力降低率随着桩靴与桩间距的增大而减小。     

水下独立钢桩导向架的结构设计

水下独立钢桩在海上进行插桩作业时,需要水下独立钢桩导向架对其进行导向及打桩时扶正。导向架主要由底座、导向立柱和支撑等组成,主体导向架可直接用于文昌Ⅱ期桩的导向,文昌Ⅱ期有2个导向翼板,其在ROV的引导下落入导向立柱顶部的喇叭形导向口,即在自重的作用下滑入导向槽,达到导向的目的。在西江打桩时需装上钢丝绳滑道组件、移动导向块等。与国外同类产品相比,该导向架结构简单,没有水下打开和闭合等动作,不需要水下液压系统和控制系统。     

南海深水表层导管水下打桩安装技术适应性分析

为了提高深水钻井表层导管施工的安全性和时效性,针对深水浅层钻井难题,基于锤击沉桩原理,通过理论分析和工艺研究,对深水钻井表层导管水下打桩安装技术进行了分析。深水钻井表层导管水下打桩安装技术采用水下液压打桩锤系统将表层导管锤入地层,可在工作船上实施作业,不占用钻机时间。针对我国南海深水浅层地质特点和油气开发需求,对该技术在南海深水钻井表层导管施工作业的适应性进行了研究。结果表明,与目前采用的表层导管钻孔/固井和喷射法安装技术相比,水下打桩技术可分别节省65%和43%的作业时间、79%和46%的作业费用。表层导管水下打桩安装技术可有效提高深水浅层钻井的安全性和经济性,对我国南海深水钻井表层导管施工具有很好的适应性。      

动力定位起重船舷侧辅助深水导管架安装关键技术

全回转铺管起重作业船按照工作性质可划分成两种作业模式,即铺管模式和起重模式.在两种模式相互转换过程中,耗时最长、工作量最大的就是艉托管架的拆装工作.以陆丰14-4 DPP深水导管架安装为例,对海洋石油201船舷侧辅助深水导管架扶正的靠泊方式、导管架注水扶正步骤、导管架坐底就位方式、钢桩插桩、钢桩打桩等关键技术进行分析,...     

海上钻井隔水导管打入作业溜桩深度预测

目前桩体施工溜桩深度预测主要集中在大直径超长桩的打桩风险分析中,对海上隔水导管施工溜桩机理和深度预测缺乏研究,存在作业盲目性和风险性。通过对海上隔水导管施工中导管与平台几何关系分析、导管极限承载力计算和溜桩机理分析,提出了海上隔水导管施工溜桩深度预测理论模型。溜桩深度预测理论模型在我国某海域油气田数口井的隔水导管施工作业中得到了成功应用,施工预测深度范围与实际溜桩深度基本一致,为隔水导管施工风险评估提供了理论基础,确保了海上作业的安全性。     

深水生产系统中吸力桩的承载能力计算

分析了水下生产系统在深海应用时所受环境载荷特点.通过对比,对目前应用较为广泛的几种水下生产设施的基础形式进行了研究.对打入桩、吸力桩和防沉板的适用环境条件、承载性能、安装便捷性和经济性进行了较为全面的分析,表明吸力桩的综合性能优于其他的基础形式,有广泛的应用前景.对吸力桩作为水下生产设施基础的受力情况进行了分析.根据吸力桩的结构和受载条件,说明了应用打入桩的承载能力计算方法来计算吸力桩的抗压能力和横向承载能力的合理性和局限性.     

地锚桩安装位置与井架极限承载能力研究

在对修井机井架进行安全评价时,大部分研究者极少考虑到井架结构的承载能力与地锚桩之间的关系。为此,利用ANSYS软件建立井架-绷绳-地锚桩系统有限元分析模型,对地锚桩绷绳固定的理想修井机井架进行线性屈曲分析和双重非线性分析,以评定井架结构极限承载能力。以桩基础安装位置作为变量,并利用参数化编程方法,分析地锚桩位置与修井机井架极限承载能力的关系,进而得出井架承载能力的分布规律。该项研究结果可为井架现场施工提供理论依据。     

砂性基础大直径单桩水平承载力预测模型

研究江苏岸外辐射沙洲大直径单桩水平承载特性,基于现场试桩和有限元数值模拟相结合的研究方法,开展单桩水平极限承载力分析数值模拟。得到主要结论如下：试桩的桩身挠度在近桩底处趋于零,呈现典型的柔性桩特征;随着水平载荷的增大,试桩桩身最大弯矩逐渐增大,所在位置逐渐下移,约在泥面以下2.2D～2.5D处;提出大直径单桩水平极限承载力预测模型,基于该模型所得单桩水平极限承载力预测值与数值模拟结果相符得很好,平均相对误差仅4.9%,最大相对误差小于11%。     

素混凝土桩复合地基在罐基础中的应用

素混凝土桩复合地基采用桩土共同承担荷载,既发挥了桩体材料的潜力,又利用了天然地基的承载力,且施工工艺简单,适应范围广。但是,素混凝土桩复合地基为刚性地基,需配刚性承台,造价较高。在日照—东明原油管道工程末站原油罐区的土建工程中,油罐(直径80 m,高20 m)罐基础采用了素混凝土桩复合地基配柔性承台的方案。素混凝土桩桩径0.5 m,有效桩长18.0 m,桩间距2.0 m,等边三角形布桩,桩采用C20混凝土浇筑,桩顶增加了直径1.2 m的桩帽,且还增加了桩顶处柔性垫层的厚度,在柔性垫层下铺设了土工布。充水预压结果显示,观察点的最小沉降量为70 mm,最大沉降量为100 mm。罐地基沉降均匀,沉降量与计算值的误差在规定范围内。近一年的安全运行证明,此工程各项指标均达到了设计要求。     

地基边界条件对自升式平台桩腿承载性能的影响

针对深水自升式平台桩靴边界条件模拟问题，以某300英尺(1英尺=0.304 8 m)自升式平台为例，采用ANSYS有限元软件进行静力分析和极限承载力分析，对比常规铰支和弹性基础约束条件对自升式平台桩腿强度的影响，进一步探究不同桩-土边界条件对桩腿极限承载力和失效模式的影响。结果表明：弹性基础约束方式可有效降低重力二阶效应(p-Delta效应)的影响程度，使相应工况下的有效应力明显减小，在这种约束方式下计算得到的桩腿刚度更大且桩腿会率先进入塑性阶段；铰支约束过于保守；在2种边界条件下桩腿的失效模式也有较大差异。研究结果可为自升式平台的设计提供参考。     

地面旋流油水分离器分离效率试验研究

为了研究旋流油水分离器的影响因素,优化其关键结构尺寸,获得最佳使用工况,开展了旋流分离器的油水分离试验。研究结果表明:随着进液口直径的增大,分离效率先增大后减小,圆锥段角度表现出同样的规律。随着排油口直径的增大,分离效率逐渐减小,圆柱段长度则表现出相反的规律。随着工作压力的增大,分离效率先迅速增大后相对稳定,最后迅速降低。随着排量的增加,分离效率先基本稳定在最优值而后骤降。随着油水比和原油黏度的增大,分离效率呈现出先缓慢下降而后迅速下降的规律。在本试验条件下,旋流油水分离器最优的结构参数组合为进液口直径12 mm,排油口直径3 mm,圆锥段角度11°,圆柱段长度70 mm。优化后的旋流油水分离器的最佳工作压力为1.5～4.0 MPa,日处理量控制在45 m³以内,适用于油水比低于20%、原油黏度低于40 mPa·s的工况。研究结果可指导地面旋流油水分离器的设计及现场应用。     

考虑溜桩效应的单桩基础承载特性数值模拟

为分析竖向和水平载荷作用下溜桩对钢管桩承载特性的影响规律,基于理论分析得到的溜桩区间数据,建立考虑溜桩效应的桩-土数值模型。结果显示：当单桩受到竖向载荷时,溜桩减小桩侧摩阻力,溜桩对钢管桩竖向承载力的影响较为显著;当单桩受到水平载荷时,溜桩条件下钢管桩弯矩大于无溜桩条件下的弯矩,说明发生溜桩会导致钢管桩产生更严重的弯曲变形;溜桩条件下的极限土抗力小于无溜桩情况。