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。     

循环荷载作用下软土中吸力锚承载力拟静力有限元分析

建议了一种利用软土不排水循环强度，评价静荷载与循环荷载共同作用下软土中吸力锚承载力的拟静力弹塑性有限元方法。该方法首先依据软土的不排水静强度，通过弹塑性有限元计算，确定平均系泊荷载作用下土体单元的八面体平均剪应力，再据此确定与一定循环破坏次数对应的土单元循环强度；然后，按土单元循环强度再次通过弹塑性有限元计算，确定锚系泊点沿系泊方向的荷载位移曲线；最终由荷载位移曲线、按位移破坏标准确定锚的循环承载力。这一方法的特点是考虑了平均系泊荷载对软土循环强度、进而对静荷载与循环荷载共同作用下锚承载力的影响。为说明这一方法的可行性，进行了不同锚径、不同长径比、不同平均荷载、不同摩擦系数、不同加载方向、不同破坏模式条件下的软土中吸力锚循环承载力模型试验。利用拟静力有限元方法对模型试验结果进行了预测，预测结果比试验结果偏小，平均偏小不超过10%。模型试验结果还表明，软土中锚的归一化循环承载力随循环破坏次数的变化只取决于归一化平均荷载，可以忽略加载方向、锚的直径、锚外壁摩擦系数对归一化循环承载力变化关系的影响。若归一化平均荷载为0.5，当循环破坏次数为1000时，对于竖向破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的75%；对于水平破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的80%，这与已有的离心模型试验结果基本一致。     

软黏土不排水循环应力应变响应的弹塑性模拟

为描述循环荷载作用下饱和软黏土不排水应力应变特性,以Mises屈服准则构建边界约束面方程,利用硬化模量插值方法及映射中心移动方法,在偏应力空间中构建硬化模量场,建立了一个总应力形式的增量弹塑性边界面模型。该模型依据径向映射法则建立弹塑性模量插值函数,并认为加卸载过程中映射中心随加卸载路径变化而不断移动,通过弹塑性模量的插值及映射中心的移动,使得硬化模量场的演化规律表述简单,跟踪循环应力路径所需记忆的参数较少。另外,模型通过在弹塑性模量插值函数中引入反映剪应变累积速率和大小的参数控制累积剪应变随循环次数的变化规律,不仅可描述循环加载时应力应变曲线的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,还可预测不同初始应力水平、循环应力水平下土单元的应力应变响应。最后阐述了利用循环三轴压缩试验确定模型参数的方法,并对循环三轴拉伸试验结果进行了预测,通过预测结果与试验结果的对比,验证了所建模型的合理性。     

南海北部区域沉积黏土基本工程特性及打桩分析

在南海北部区域已建油气田项目岩土工程数据的基础上,结合土工试验和静力触探测试(CPT),从土体的基础物性和力学特性入手,研究沉积黏土的工程特性。研究发现,低塑性指数和低黏粒含量是南海北部浅水区沉积黏土有别于南海北部深水区及世界其他油气海域的显著特征;南海北部深水和浅水沉积物具有2种不同的沉积模式,即细粒主导的深水沉积模式和粗粒主导的浅水沉积模式;进而发现南海北部浅水区沉积黏土具有极小的CPT侧摩阻力比,而深水区沉积黏土的CPT各归一化量值与墨西哥湾、西非近海等典型黏土有相似的分布特征。最后,将CPT结果与南海北部区域油气工程打桩时的特殊现象结合起来,采用基于CPT侧摩阻力的打桩分析方法,获得了与多个场址打桩记录相吻合的结果,证实了该方法的适用性和合理性,也从侧面确认了南海北部浅水区沉积黏土的特殊性和规律性。     

边际油田开发中可移动采储平台基础型式对比

以南海北部湾某边际油田开发为例,从地基承载力、在位运动响应、钢材用量等3个关键角度,对2种基础型式的可移动采储平台进行对比分析.研究结果表明:沉垫基础对地基表面平整度要求较高,桩靴基础场地适应性更强;当场地存在薄软泥表层时,沉垫基础须增设裙板抗滑;桩靴基础需要对是否会发生穿刺破坏进行评估;沉垫基础平台在位运动性能优于桩...     

海上吸力基础式风机结构动力响应研究

由于海上风机受到风浪流荷载的长期作用，因而其动力响应问题成为风机结构设计的关键问题。针对上述情况，以5 MW吸力基础固定式海上风机为研究对象，充分考虑风机基础与土的相互作用等非线性荷载，利用有限元方法建立了综合考虑空气动力、水动力和土壤约束力作用的海上风机整体动力耦合分析模型，在多荷载工况组合下进行了海上风机结构的动力响应分析。研究结果表明，海上风机整体结构位移最大区域在塔筒顶部，应力最大区域在吸力基础与风机塔架的连接处。通过对线性叠加法和Turkstra准则的对比分析验证可以看出，采用Turkstra准则能更准确地获得对风机结构动力响应最不利的荷载组合方式。     

循环荷载作用下吸力锚基础变形的数值分析方法研究

张紧式吸力锚是一种重要的深水海洋浮式平台锚固基础。静荷载与循环荷载共同作用下地基土体产生较大变形,严重影响吸力锚基础的稳定性。介绍了一种能够描述饱和软黏土不排水循环应力应变响应的拟动力黏弹塑性本构模型。该模型将等效黏弹性理论和蠕变理论相结合,利用等效黏弹性模型描述土单元循环应力应变关系中的非线性和滞回性,依据蠕变关系描述土单元的循环累积性。基于拟动力黏弹塑性本构模型,提出了一种分析静荷载与循环荷载共同作用下软土中张紧式吸力锚基础变形过程的拟动力黏弹塑性有限元方法。该方法并不详细追踪土单元的循环应力应变响应,而是将循环次数视为时间,通过等效黏弹性分析确定吸力锚基础的循环变形;根据土单元静应力和循环累积应变势,采用初应变法确定吸力锚基础的累积变形。结合循环变形和累积变形,确定吸力锚基础变形随时间的变化关系,即位移时程曲线。最后,将有限元计算结果与1g条件下吸力锚模型试验结果进行比较,结果显示两者基本一致。     

南海深水FPSO单点系泊系统设计关键技术研究

从我国南海环境条件出发,确定了适合深水FPSO的系泊系统方案和锚桩基础形式,基于流花油田群的物流输送、供电、控制需求,提出了符合油田和海域实际的转塔结构技术思路,设计了复杂的管缆系统,并开展了系泊系统和立管系统的干涉影响分析。研究表明,在南海400 m左右的水深,聚酯缆系泊系统在经济性上并无明显的优势,且可能带来更复杂的操作维护,选择水中钢缆方案对于400 m左右水深更为经济;吸力锚是可以较好适应南海深水区域的锚基础形式,应逐步积累并完全掌握深水吸力锚设计和海上安装技术能力;深水与常规浅水的立管设计有很大不同,表现在构型复杂、潜在干涉问题较为突出,须予以重点关注;南海深水单点系泊系统的上部结构更为复杂,且对单点系泊系统投资具有决定作用,如何选择适宜的单点系泊系统,需要逐步完善技术储备。本文研究成果对于我国南海深水油气田开发技术研究具有一定的借鉴意义。     

桩基贯入过程中土体大变形分析与流动机理研究

土体大变形问题是海洋岩土工程界研究的难点,由于其变形梯度较大、流动机理复杂等特点,常规的岩土工程分析方法在求解该问题时表现出明显的局限性。因此,该文研究了求解土体大变形问题的解析方法,即Strain Path Method （SPM）和Shallow Strain Path Method （SSPM）,详细介绍了这两种方法的计算原理;并基于大、小应变理论,采用SSPM分析了理想土性条件下桩基础贯入过程中周围土体的流动机理和位移场变化规律;最后,将SPM和SSPM计算结果进行比较分析,阐明了两者之间的内在关系。基于大应变理论,采用SSPM计算得到的土体位移场与Sagaseta给出的结果具有较好的一致性,验证了计算结果的准确性。研究结果显示桩端上部土体会发生隆起现象,而桩端附近及底部土体具有下沉的位移,且在贯入深度位置处,土体下沉位移达到最大值。在径向位置r/R=3（距桩壁1倍直径）处,基于大、小应变理论计算结果具有较好的一致性。研究成果有助于了解土体的大变形特性,也可为数值计算结果的校验提供基本数据。