【摘要】：海洋浮式鉆井平臺是開發(fā)深水油氣的主要平臺之一,其上的鉆機(jī)井架承載大、高度高、工作海況環(huán)境惡劣。相比陸地鉆機(jī),在作業(yè)過程中鉆機(jī)井架除了受到自重、大鉤載荷、工作繩拉力及風(fēng)載作用外,還受到波浪流引起的平臺運(yùn)動產(chǎn)生的井架動載影響,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形和不斷變化的應(yīng)力,從而引發(fā)井架結(jié)構(gòu)的疲勞失效與破壞。 疲勞破壞一直被認(rèn)為是海洋平臺結(jié)構(gòu)的一種主要破壞形式之一,已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),但尚未見海洋浮式平臺鉆機(jī)井架的相關(guān)分析研究報道。由于在進(jìn)行海洋浮式平臺鉆機(jī)井架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析時必須考慮波浪隨機(jī)載荷長時間作用下對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,特別是在進(jìn)行井架疲勞壽命計算時應(yīng)該充分考慮平臺動邊界對井架力學(xué)性能的影響。為此,需要研究和建立海洋浮式平臺鉆機(jī)井架的疲勞壽命評估理論,形成一套系統(tǒng)、有效地針對深水鉆井平臺配套井架的疲勞分析方法,能可靠地定量評估和預(yù)測井架的剩余壽命,為深水鉆井平臺配套井架的設(shè)計與評估提供參考依據(jù)。 本文重點(diǎn)研究針對深水鉆井平臺鉆機(jī)井架的疲勞分析方法,主要包括塔形井架有限元仿真與疲勞壽命分析及計算結(jié)果的后處理。完成了各種載荷組合與運(yùn)動邊界條件下井架的載荷計算研究,并與按照API-Spec-2C-2004規(guī)范確定的等效計算載荷進(jìn)行對比；首先通過塔形井架靜力學(xué)有限元分析確定井架應(yīng)力較大部位,查找出所有可能的疲勞節(jié)點(diǎn)；再用瞬態(tài)動力學(xué)分析方法對不同風(fēng)向組合、不同鉆井載荷、不同工作年限工況等條件下的井架進(jìn)行動態(tài)分析,提取所關(guān)注疲勞節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的變化應(yīng)力歷程數(shù)據(jù),然后結(jié)合鉆井載荷出現(xiàn)的幾率、鉆井時間、不同風(fēng)載作用的時間等,采用編程方法計算出所關(guān)注節(jié)點(diǎn)的破壞率與疲勞剩余壽命。結(jié)果表明,井架中下部位置應(yīng)力水平相對較低,而中上部位置和底部與平臺連接處應(yīng)力水平相對較高,最易發(fā)生疲勞破壞,建議井架結(jié)構(gòu)設(shè)計階段充分關(guān)注。研究結(jié)果可為深水鉆井平臺井架的設(shè)計計算與疲勞壽命評估提供理論參考,同時為井架結(jié)構(gòu)安全評定提供有力的支撐和依據(jù)。
【圖文】：

字鋼組合而成。井架分為上下兩部分，上下兩部分采用螺栓連接。井架上部和井架下部內(nèi)部各桿件之間采用螺栓連接，如圖2-4所示。塔形井架高度為57m，設(shè)計大鉤載荷9000kN,鋼架整體采用H型鋼，各桿件材料均采用Q345D，具體參數(shù)見表2-1。5

在完成井架整體的有限元建模時，在對應(yīng)的集中質(zhì)量位置將等效質(zhì)量施加上去，，如圖2-7所示。圖2-7平臺井架有限元分析模型2.2 塔形井架工況與載荷分析深海鉆井平臺鉆機(jī)井架安裝于平臺甲板上，其受力狀態(tài)與陸地鉆機(jī)相比更為復(fù)雜，主要承受的載荷不僅包括恒載、工作載荷(最大鉆柱重量、大鉤載荷、工作繩作用力、立根載荷)、風(fēng)載等環(huán)境載荷，還受到波浪與海流所引起的平臺運(yùn)動變化的影響。這類變化主要是由波浪載荷引起，在波浪載荷的作用下，平臺的運(yùn)動包括移動與轉(zhuǎn)動兩種，其慣性力主要由這兩類運(yùn)動的加速度（移動與轉(zhuǎn)動加速度）所引起。2.2.1恒載井架的恒載是指長期作用在井架上恒定不變的載荷，如天車、頂驅(qū)、游車等專用裝置的重量和井架主體本身的自重。在井架所受到的恒載中，天車、頂驅(qū)等重量在計算時8
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE923

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2575621