【摘要】：海洋井架是海洋平臺的重要組成部分,其安全性能在平臺整體結(jié)構(gòu)中有著重要的意義。本文通過建立平臺-井架整體結(jié)構(gòu)模型,對多維海洋環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行了研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,采用有限單元法,以自升式海洋平臺井架模型為研究對象,建立了單一井架模型和平臺-井架整體數(shù)值模型,分別進行了靜力分析和模態(tài)分析,通過對比分析,驗證了建立平臺-井架整體模型分析海洋井架力學(xué)性能的必要性。通過實測,驗證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性與合理性。在此基礎(chǔ)上,對立柱節(jié)點搭接處和井架底部支腳處兩個局部位置采用“小尺度”實體單元,建立了結(jié)構(gòu)多尺度模型,其中用MPC法實現(xiàn)了跨尺度之間的銜接,分析得到局部位置的應(yīng)力梯度分布和應(yīng)力集中位置。同時對4種不同程度的腐蝕損傷進行分析,得到損傷對平臺結(jié)構(gòu)性能影響的規(guī)律。在上述模型基礎(chǔ)上,對海風(fēng)環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)性能進行了研究。在研究海風(fēng)載荷的作用特點和分析方法基礎(chǔ)上,針對正常作業(yè)和風(fēng)暴自存兩種工況進行了具體分析,重點考慮了迎面和背面兩種不同風(fēng)向,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征、損傷對結(jié)構(gòu)的影響以及局部小尺度的應(yīng)力分布規(guī)律。對海浪環(huán)境下井架結(jié)構(gòu)性能進行了研究。采用Morison波浪理論模擬結(jié)構(gòu)的波浪載荷,并根據(jù)相似比原理將其作用于平臺結(jié)構(gòu)上,針對作業(yè)和自存兩種海浪工況進行了分析,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征、損傷對結(jié)構(gòu)的影響以及局部小尺度的應(yīng)力分布規(guī)律。對地震載荷作用下井架結(jié)構(gòu)性能進行了研究。采用時程分析法,選取三維天津波作為激勵,對平臺結(jié)構(gòu)進行瞬態(tài)動力分析,得到結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和位移響應(yīng)情況,同時對不同程度的腐蝕損傷結(jié)構(gòu)進行地震響應(yīng)分析,尋找其相應(yīng)變化規(guī)律。通過以上分析為后續(xù)在役海洋平臺井架安全性評價提供參考。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE952
【圖文】：

第二章 考慮損傷的海洋平臺井架結(jié)構(gòu)模型分析2.1 海洋平臺井架損傷分析隨著海洋鉆機井架服役年限的增長，加之常年服役于惡劣的海洋環(huán)境中，結(jié)構(gòu)會存在著多種多樣形式的損傷，一旦出現(xiàn)事故將對國家造成不可估量的損失。因此對在役井架進行準(zhǔn)確的檢測與評估是非常必要的，然而尋找一個合理有效的方法，并建立一個精確無誤的數(shù)值模型是完成一切研究的前提。海洋井架與陸地井架相比，無論是從設(shè)計與安裝工藝相比，還是從工作環(huán)境相比都有著很大的區(qū)別：首先，陸地鉆機井架大多分段，每段采用銷軸連接，這樣易運輸、易拆卸、易安裝；由于長時間多次數(shù)的安裝與拆卸，難免會造成井架結(jié)構(gòu)的損傷，常見形式有桿件由于撞擊變彎曲，銷軸與銷口的過于松動，井架底座的地基沉降等形式的損傷。海洋井架一經(jīng)安裝多年不會拆卸，由于海洋平臺空間有限，因此井架上附有很多附屬結(jié)構(gòu)（如圖 2.1a 與圖 2.1b 所示），設(shè)計與安裝精度要求極高，井架結(jié)構(gòu)均以螺栓連接和焊接為主，力求井架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足要求[38]。

第二章 考慮損傷的海洋平臺井架結(jié)構(gòu)模型分析傷形式對比可知海洋井架與陸地井架相比損傷形式最大的區(qū)別為腐蝕損傷（如圖2.1c），陸地井架損傷大多為底座沉降造成的結(jié)構(gòu)受力不均勻或運輸過程中的磕碰造成的井架結(jié)構(gòu)的桿件彎曲；而海洋井架所處工作環(huán)境，腐蝕所帶來的損傷會嚴(yán)重影響其力學(xué)性能。2.2 平臺-井架模型的建立2.2.1 物理模型簡介本文所研究模型以中油海 1 號平臺為原型，結(jié)構(gòu)形式為自升式鉆井平臺，平臺主結(jié)構(gòu)為 4 個圓形殼體式樁腿，主船體與模型底座為槽鋼與工字梁按照相似比理論焊接而成。平臺上包括鉆機井架、游車、天車、生活區(qū)、直升機起降平臺等構(gòu)件，如圖 2.2所示。該模型可實現(xiàn)各種載荷測試、應(yīng)力測試、勘探鉆井、鉆具提升、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、泥漿循環(huán)、平臺上下起升等，是目前國內(nèi)功能最全面的鉆井平臺模型。

第二章 考慮損傷的海洋平臺井架結(jié)構(gòu)模型分析傷形式對比可知海洋井架與陸地井架相比損傷形式最大的區(qū)別為腐蝕損傷（如圖2.1c），陸地井架損傷大多為底座沉降造成的結(jié)構(gòu)受力不均勻或運輸過程中的磕碰造成的井架結(jié)構(gòu)的桿件彎曲；而海洋井架所處工作環(huán)境，腐蝕所帶來的損傷會嚴(yán)重影響其力學(xué)性能。2.2 平臺-井架模型的建立2.2.1 物理模型簡介本文所研究模型以中油海 1 號平臺為原型，結(jié)構(gòu)形式為自升式鉆井平臺，平臺主結(jié)構(gòu)為 4 個圓形殼體式樁腿，主船體與模型底座為槽鋼與工字梁按照相似比理論焊接而成。平臺上包括鉆機井架、游車、天車、生活區(qū)、直升機起降平臺等構(gòu)件，如圖 2.2所示。該模型可實現(xiàn)各種載荷測試、應(yīng)力測試、勘探鉆井、鉆具提升、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、泥漿循環(huán)、平臺上下起升等，是目前國內(nèi)功能最全面的鉆井平臺模型。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2766976