深水半潜式钻井平台总体强度分析_白艳彬
第25卷第2期2010年4月
中国海洋平台
CHI NA O FFS HO RE PL A T FO RM V ol .25N o .2A pr .,2010
收稿日期:2009-10-09
基金项目:国家(八六三)项目“3000m 水深半潜式钻井平台关键技术研究”(2006AA09A103)作者简介:白艳彬(1983-),男,硕士研究生,主要从事船舶与海洋工程结构物强度及疲劳强度研究。
文章编号:1001-4500(2010)02-0022-06
深水半潜式钻井平台总体强度分析
白艳彬, 刘 俊, 薛鸿祥, 唐文勇
(上海交通大学,上海200240)
摘 要:以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动,采用谱分析法确定设计波参数,进行了自存、作业等装载情况下21个波浪工况的波浪载荷预报,并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果,提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素,可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。
关键词:深水半潜式平台;强度;波浪载荷;工况选取中图分类号:U 661.43 文献标识码:A
Global Strength Analysis of A Deepwater Semi -Su bmersible Platform
BA I Yan -bin , LIU Jun , XU E Hong -xiang , TA NG Wen -yong
(Shang hai Jiao Tong University ,Shanghai 200240,China )
Abstract :Global streng th analysis of a six th generation deep -w ater semi -subm ersible
platform is demo nstrated in this paper .Wave induced loads and platform motion are calculated by means of three -dimensional diffraction metho d .The parame ters o f desig n w ave are o btained by spectrum analy sis method .Wave load prediction of 21w ave load conditio ns in three differ -ent situatio ns is described .A t the same time ,three -dimensional FEM model is established to analy ze structure g eneral streng th of the platfo rm .Combining w ith w ave load prediction and structure analy tic results ,principles of condition selection and key facto rs w hich co ntro l g en -eral streng th are put fo rw ard .Such co nclusions w ill be as some refe rences to design ,structur -al streng th analy sis ,selectio n of typical nodes for fatig ue assessment and structure optimiza -tio n in the future .
Key words :deep -w ater semi -submersible platfo rm ;general streng th ;w ave load ;condi -tio n selection
0 引言
新型半潜式钻井平台在抗风浪能力、甲板变载能力、工作水深、钻井深度以及多功能作业(钻井、完井、试油、生产、修井、起重和铺管)等方面与另外两种主流的深水平台Spar 、T LP 相比,有着明显的比较优势,这使
得半潜式平台成为南海油气资源勘探开发的首选。
本文的目标平台是国内在建的第一座代表世界先进水平的第六代深水半潜式平台,结构形式上采用箱式上部结构、双浮体、四立柱、双横撑的形式,无斜撑设计避免了出现复杂管节点疲劳破坏的可能性。但是箱式甲板纵向与横向的大跨度特点及无斜撑设计使平台的总体强度分析成为保证平台结构安全的首要任务。
国内建造的深水平台数量不多,但对其结构强度分析一直很受重视。文献[1,2]根据船级社规范进行了平台的结构强度校核;文献[3]提出Spar 平台总体强度分析方法,但这些研究均未涉及计算工况的选取原则,船级社也未明确给出针对半潜式平台的分析工况选取原则。海洋平台总体强度分析的关键是计算波浪诱导载荷与运动,文献[4]采用三维绕射理论频域法计算了半潜式平台的波浪载荷;文献[5]应用时域格林函数法求解波浪与三维物体间的绕射与辐射问题。
本文采用可以考虑工作海域海况条件及结构水动力特性的谱分析方法确定设计波参数,进行了自存工况、两种作业工况共三种装载情况下21个波浪工况的载荷预报,并完成了平台结构总体强度三维有限元分析,在入射波与结构变形模式关系、结构应力分析的基础上提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素,这些工作可为今后深水半潜式平台的结构设计、强度分析及形式优化提供参考。
1 总体强度分析方法
由于大型海洋结构物可以严重影响入射波的流场,各船级社[6～8]推荐使用三维绕射理论计算波浪载荷。本文采用三维绕射理论计算平台湿表面的水动压力及波浪诱导的运动,基于波浪载荷频域法和谱分析的设计波法是一种综合考虑船舶与海洋结构物的水动力性能、工作海域的海况条件、波浪回复周期等因素,为结构设计和分析提供适当载荷值的载荷处理方法。
结构分析采用准静态分析方法,选择水动力预报载荷达到极值的瞬时时刻平台运动引起的惯性力、液舱对舱壁的水动压力与湿表面水压力施加到结构有限元模型进行有限元计算。1.1 波浪载荷
深水平台对入射波流场影响大,绕射与辐射引起的绕射力与惯性力是波浪诱导载荷的重要分量。绕射理论假设流体是均匀、不可压缩、无旋的理想流体,并且不计自由表面张力(简化自由表面边界条件),在引入微幅波假设后,简化为线性绕射理论。
基本方程为
ΔΥ=0
(1)
速度势分解为
Υ=ΥI +ΥR +ΥD
(2)
式中:ΥI 为入射势;ΥR 为辐射势;ΥD 为绕射速度势。
计算波浪载荷的波面升高使用Airy 波,波高表示为
z (x ,y ,t )=A ·Re (e i [ωt -k (x cos β+y sin β)]
)(3)无航速入射波速度势表示为
ΥI =Re [ I ·e i ωt
]
(4)
式中, I =iAg ω·cosh k (z +H )co sh kH
·e -ik (x cos β+y sin β)(其中:k 为波数;β为浪向角;ω为入射波圆频率,H 为水深)。
波浪载荷计算中绕射势与辐射势满足物面条件,使用在平台湿表面布置点源形式的Green 函数来表示流场势函数。平台六个自由度运动临界阻尼系数需要根据水动力模型试验的结果进行修正,本文波浪载荷计算采用的临界阻尼系数参考文献[9]的水池模型实验进行修正,垂荡运动临界阻尼系数取2%～7%。1.2 水动力载荷预报
平台的波浪诱导载荷在不同周期、浪向、相位的波浪条件下差异很大,需要根据结构形式、装载工况和工
·
23·第2期 白艳彬等 深水半潜式钻井平台总体强度分析
作环境选择合适的预报载荷以搜索出对结构最不利的波浪。水动力载荷预报的目的在于确定对结构强度影响最大的波浪。
根据半潜式平台水动力性能研究,水动力载荷预报的载荷有浮箱间的横向力、水平横向扭矩、中纵剖面垂向剪切力、甲板处纵向与横向运动引起惯性力、浮箱垂向弯矩等。本文根据甲板设备布置及平台结构特点增加中横剖面的垂向弯矩及平台垂向运动引起的惯性力的预报,
以考察平台沿横向的垂向弯曲强度及重型设备放置处的结构强度。
1.3 设计波参数确定
设计波参数包括波幅、浪向、波浪频率、相位。确定设计波波幅的方法有确定性方法与谱分析方法。文献[1]采用极限波高法确定设计波波幅,但极限波高法不能考虑平台的水动力特性及工作区域的环境特点。
谱分析方法确定设计波参数主要有3个步骤:
(1)确定水动力预报载荷;(2)计算预报载荷的幅频响应函数,确定设计波的浪向、波频及相位;(3)确定设计波波幅,设计波波幅是载荷长期预报值与幅频响应函数幅值的比值。
2 结构分析
2.1 环境条件
结构总体强度应该满足ABS 与CCS 的要求,按照中国南海100年一遇的海况条件设计。危险波浪工况搜索采用浪向区间0～180°,步长15°,浪向在0～180°等概率分布;波浪频率0.1～1.5rad /s ,步长0.05rad /s ,波浪载荷长期预报使用Jonsw ap 谱。S ζ(ω)=α·g 2
ω
5
exp -1.25(ωp ω)4γk ,k =e xp -(ω-ωp )
2
2(σωp )2
,γ为谱峰提升因子,生存工况取2.4,工作工况取2.0,平台工作水深3000m 。
2.2 计算模型
结构分析使用的计算模型包括结构模型、质量模型、水动力模型与液舱模型,如图1～图4所示。波浪载荷使用SES -AM /Wadam 计算,结构分析使用S ESAM /Sestra 。水动力模型及质量模型用来计算平台湿表面的水动压力及运动响应。液舱模型用来模拟液货对平台质量的贡献及结构计算时将液舱的水动压力映射到结构模型。
结构模型与水动力模型使用右手直角坐标系,原点取在
平台中纵剖面与中横剖面相贯线与基面相交处。x 轴为纵向轴,从尾部指向首部为正;y 轴为横向轴,从中心线指向左舷为正;z 轴为垂向轴,从基面向上为正。2.3 位移边界条件
结构有限元计算时需要消除平台六个自由度的刚体运动,选取3个节点约束刚体位移,节点取在浮体的一个与水平面平行的平面内。节点1、2位于右舷浮箱中纵舱壁,节点3位于左舷浮箱中横舱壁。节点1:U x
·
24·中国海洋平台 第25卷 第2期
=U y=U z=0;节点2:U y=U z=0;节点3:U z=0。
2.4 设计波参数
根据工作海域的海洋环境条件,采用谱分析方法确定的自存工况及两个作业工况的设计波参数见表1～表3,相位表征入射波与结构的相对位置,作为结构分析的初始相位。
表1 自存工况设计波参数
计算工况浪向
/(°)
波浪圆频率
/(rad/s)
相位
/(°)
波幅
/m
波长
/m
11800.65132.704.053145.8 2900.65-28.474.133145.8 31200.8-15.884.08696.3 4900.8-102.254.05296.3 51051.05-102.352.85155.9 6901.0-17.343.08461.6 7900.8572.7593.70785.3
表2 作业工况1设计波参数
计算工况浪向
/(°)
波浪圆频率
/(rad/s)
相位
/(°)
波幅
/m
波长
/m
11800.65142.574.044145.8 2900.65-25.384.096145.8 31200.8-5.034.45796.3 4900.8-95.554.01496.3 51051.05-90.73.23655.9 6901.0-6.793.71861.6 7900.85803.62685.3
表3 作业工况2设计波参数
计算工况浪向
/(°)
波浪圆频率
/(rad/s)
相位
/(°)
波幅
/m
波长
/m
100.65143.7423.917145.8
2900.65-25.1614.129145.8
31200.8-5.1674.12196.3
4900.8-94.2023.93996.3
51800.593.8484.834246.5
6901.0-6.7853.71761.6
7900.8580.9323.75985.3
2.5 结果分析
2.5.1 入射波与结构变形模式
引起平台甲板最大纵向惯性力、横向惯性力和最大垂向加速度的入射波为首浪和横浪。引起平台主要变形模式:纵向垂向弯曲、浮箱横向分离及扭转、纵向垂向剪切的入射波波长及相位。其与平台尺寸及位置的相对关系分别见图5～图8。
·
25·
第2期 白艳彬等 深水半潜式钻井平台总体强度分析
图8 纵向最大垂向剪切状态
2.5.2 结构应力分析
根据CCS [6]、ABS [7]规范推荐结构强度校核使用单元形心处中面等效应力。
计算工况0对应静水工况,其他计算工况是静水与波浪工况的组合工况,其设计波参数见表1～表3。计算工况编号1～7对应纵向最大垂向弯曲状态、最大横向受力状态、最大水平横向扭转状态、甲板最大横向惯性力状态、甲板最大纵向惯性力状态、平台最大垂向加速度状态、纵向最大垂向剪切状态。由分析结果可知21个工况下结构应力分布都较为均匀。其中自存工况的计算工况3时平台应力水平最高。计算工况
3图9 自存工况最大水平横向扭转状态
变形图及V o n M ises 应力云图
也即频率0.8rad /s ,浪向120°斜浪工况,同时该工况会发生最大水平横向扭转变形。图9是该工况下变形图与等效应力云图,可以看出结构总体应力分布均匀,除高应力区外,上部结构的总体应力水平在180M Pa 以下,总体应力水平较高的构件为上部结构的上层甲板及双层底的甲板外底板;立柱、横撑、浮箱的总体应力水平在140M Pa 以下。
21个计算工况平台的各主要构件最大Vo n M ises 应力见表4,虽然大部分区域应力分布均匀,应力水平合理,但各部分也存在明显的较高应力区:
(1)上部结构:四层甲板月池角隅,位于立柱外壳板靠近月池的两侧板上方的上部结构连续纵横舱壁连接处。
(2)立柱与横撑:立柱外壳板与浮箱外壳板连接处,立柱中纵舱壁底部,立柱外壳板中靠近月池的两侧板,横撑与立柱外壳板相接处。
(3)浮箱:浮箱中纵舱壁与立柱外板相接靠近浮箱首部与尾部的连接处。
表4 各计算工况平台主要构件最大V on M ises 应力 单位:M Pa 01234567
自存工况
274.9286.9254.3381.5309.9250.0291.4342.2
作业工况1299.4307.7277.2341.4268.2268.2299.4352.3作业工况2230.3246.9216.0250.4224.1224.1246.5275.
4
图10 自存工况平台各部分主要构件
最大Vo n M ises 应力
2.5.3 平台不同计算工况最大Von M ises 应力变化特点
通过分析计算工况的入射波状态与结构变形模式的关系(见图5～图8,入射波状态见表1～表3),各计算工况平台高应力区分布及各部分最大Von Mises 应力变化特点(见图10～图12),可以得到总体强度分析工况选取原则以及影响总强度的关键因素:
(1)对平台的总体强度要求最高的是斜浪工况中使得平台产生最大水平横向扭转状态的波浪工况,其次是横浪工况产生纵向最大垂向剪切状态的波浪工况。
·
26·中国海洋平台 第25卷 第2期
(2)对平台强度要求最低的计算工况是静水工况与其他的横浪及首浪工况,这些工况上部结构的主要变形为横向与纵向弯曲变形。
从平台的变形模式及控制总体强度关键因素的分析可以得到结构设计的一些建议:
(1)静水工况与其他浪向工况下,平台的主要变形模式为箱式甲板的横向与纵向弯曲变形,因此在设计阶段需要确保平台上部结构有充足的弯曲强度。横向弯曲强度由上部结构与横撑保证,与纵向弯曲强度相比,横撑的纵向弯曲强度明显弱于浮箱的纵向弯曲强度,所以尤其需要注意上部结构的横向弯曲强度。
(2)水平横向扭转强度与垂向剪切强度主要由上部结构的四层甲板及连续横舱壁提供,考虑到平台的横向跨度大及平台中部由大开口月池的结构特点,设计时应特别注意连续舱壁数目及位置的布置。
3 结论
平台总体强度分析涉及有限元建模、环境参数选取、波浪载荷计算及长期预报。根据水动力载荷幅频响应特点及21个波浪组合工况的结构变形及应力分析结果,得到如下
结论:
(1)对于结构形式与本文相似的半潜式平台进行强度分析可以参考以下原则:①搜索产生最大水平横向扭转状态的斜浪,在该斜浪工况下校核平台的结构强度;②选择最大纵向剪切状态的横浪工况进行结构的强度校核;③选取横向最大垂向弯曲状态校核结构强度,尤其是横撑结构的弯曲强度。(2)控制目标平台总体强度的关键因素:平台的横向扭转强度、沿纵向的垂向剪切强度(尤其是上部结构的垂向剪切强度)是控制总体强度的关键因素。双浮体、多立柱、无斜撑的半潜式平台结构设计时应特别注意其横向扭转强度和沿纵向的垂向剪切强度,结构分析时也应重点校核。
参考文献
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[9] 张威,杨建民等.深水半潜式平台模型试验与数值分析[J ].上海交通大学学报,2007,41(9):1429-1434.
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27·第2期 白艳彬等 深水半潜式钻井平台总体强度分析
深水半潜式钻井平台总体强度分析_白艳彬
第25卷第2期2010年4月 中国海洋平台 CHI NA O FFS HO RE PL A T FO RM V ol .25N o .2A pr .,2010 收稿日期:2009-10-09 基金项目:国家(八六三)项目“3000m 水深半潜式钻井平台关键技术研究”(2006AA09A103)作者简介:白艳彬(1983-),男,硕士研究生,主要从事船舶与海洋工程结构物强度及疲劳强度研究。 文章编号:1001-4500(2010)02-0022-06 深水半潜式钻井平台总体强度分析 白艳彬, 刘 俊, 薛鸿祥, 唐文勇 (上海交通大学,上海200240) 摘 要:以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动,采用谱分析法确定设计波参数,进行了自存、作业等装载情况下21个波浪工况的波浪载荷预报,并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果,提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素,可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。 关键词:深水半潜式平台;强度;波浪载荷;工况选取中图分类号:U 661.43 文献标识码:A Global Strength Analysis of A Deepwater Semi -Su bmersible Platform BA I Yan -bin , LIU Jun , XU E Hong -xiang , TA NG Wen -yong (Shang hai Jiao Tong University ,Shanghai 200240,China ) Abstract :Global streng th analysis of a six th generation deep -w ater semi -subm ersible platform is demo nstrated in this paper .Wave induced loads and platform motion are calculated by means of three -dimensional diffraction metho d .The parame ters o f desig n w ave are o btained by spectrum analy sis method .Wave load prediction of 21w ave load conditio ns in three differ -ent situatio ns is described .A t the same time ,three -dimensional FEM model is established to analy ze structure g eneral streng th of the platfo rm .Combining w ith w ave load prediction and structure analy tic results ,principles of condition selection and key facto rs w hich co ntro l g en -eral streng th are put fo rw ard .Such co nclusions w ill be as some refe rences to design ,structur -al streng th analy sis ,selectio n of typical nodes for fatig ue assessment and structure optimiza -tio n in the future . Key words :deep -w ater semi -submersible platfo rm ;general streng th ;w ave load ;condi -tio n selection 0 引言 新型半潜式钻井平台在抗风浪能力、甲板变载能力、工作水深、钻井深度以及多功能作业(钻井、完井、试油、生产、修井、起重和铺管)等方面与另外两种主流的深水平台Spar 、T LP 相比,有着明显的比较优势,这使
有关半潜式钻井平台的概述.docx4
有关半潜式钻井平台的概述 （A13船舶4；李庆宽；130305432） 摘要：海洋里具有极其丰富的自然资源，半潜式钻井平台作为一种能够在深水区 作业的海洋平台，对海洋资源的开发至关重要，本文主要介绍半潜式平台的发展历史和现状，分析其结构特点，简述其工作原理和适用条件及有关半潜式钻井平台最新技术的应用等 关键词：半潜式钻井平台，定位方式，工作水深 Abstract: the ocean is extremely rich in natural resources, as a semi-submersible drilling platform can zone assignments in the deep ocean platform, is very important to the development of the Marine resources, this paper mainly introduces the development history and status quo of semi-submersible platform, analysis its structure characteristics, describes its working principle and applicable conditions and relevant semi-submersible drilling platform the application of the latest technology, etc Keywords: semi-submersible offshore platform, positioning , the working depth 引言：自工业革命以来人类社会经历了几千年以来从未有过的跨越式发展，生产的社会化和工业化推动着人类不断的向前发展，各种类型的能源为工业化的生产提供了动力保障，然而人类社会的发展严重依赖石油，天然气等能源，近几十年来，随着陆地资源的日益枯竭以及人类社会运行和发展对能源的巨大需求已迫使人类将能源开发伸向海洋，并逐渐形成了从前海到深海的开发顺序和梯度。在这种背景下，半潜式钻井平台作为一种能够在深水甚至是超深水域作业的海洋平台，自然有其至关重要的作用。 半潜式钻井平台工作原理和适用条件 半潜式平台作为一种被广泛使用的海洋平台，可以依靠本身的浮力和动力装置（或有其他设备提供动力）进行移动，稳性主要依靠稳性立柱，半潜式海洋钻井平台不仅可以在深水区作业，而且可以在浅水区作业。 半潜式平台由上壳体和下壳体或柱靴组成，下壳体或柱靴与上壳体的连接依靠稳性立柱来实现，同时立柱为平台提供足够的浮力作为支撑。随着平台作业区域的改变，半潜式平台的状态也发生改变，在深水区作业时，平台处于半潜状态，在浅水区作业时，平台的下部沉入水底。 早期的海洋平台的抗风浪能力较差，人们为克服这个缺点，发展了半潜式钻井平台。半潜式钻井平台具有很好的运动性，由于海上的波浪大多分布在水表面，海水深处波浪很少，故当半潜式钻井平台处于半潜状态时，可以有效减少平台所受的波浪力，为了增加平台的稳定性，通常采用稳定的大立柱同时增大立柱间的距离，利用外力互相抵消原理减小平台运动。使之即使在恶劣的环境下也能高效，安全的作业。 半潜式平台发展历史和现状 20世纪60年代初期，世界上第一座半潜式钻井平台诞生，至今为止已经发展了6代产品，其工作水深也由第一座平台的100米增加到如今的3000米，钻井深度也不断增加。 第一座半潜式钻井平台的作业范围为90-180米，定位系统采用的是锚泊。Ocean Driller是世界上首座半潜式钻井平台，下浮体有三根立柱，甲板的形状是Ｖ形。后来也相继生产了Rig
海洋钻井平台组成及功能
关于海洋钻井平台 半潜式的系统，总的来说，平台的系统有点和普通的船舶相似，它们是： 1，压载系统，ballast system 2，消防系统，fifi system ,包含fire water system , water mist system , deluge system, foam system, co2 extinguishsystem, water spray system 按照每个平台基本设计的不同，会有其中的几个。 3，舱底水系统，bilge system 4， 海水冷却系统，sea water cooling system 5，淡水冷却系统，fresh water cooling system 6，燃油系统，fuel oil system 7，润滑油系统，lub oil system 8，主机排烟系统，exhaust system 9，废油系统，waste oil and sludge system 10，透气溢流系统，vent and overflow system 11，测深系统，souding system 包含 manual soundIng system 或者remote sounding system 12，启动空气系统，starting air system 13，平台空气系统，rig air system 14，仪表与控制空气系统， instrument air system 15，饮用水系统，potable system 16，生活水排放系统，sanitary discharege system 17，生活水供给系统 ，sanitary supply system 18，盐水系统，brine system 19，钻井水液系统，drill water system 20，钻井基油系统，base oil system 21，泥浆供给系统，mud supply system 22，高压泥浆排出系统，mud discharge system 23，泥浆处理系统，mud process system 24，泥浆真空系统，mud vacuum system 25，井口控制系统，subsea control system 26，分流器，高压管系系统，hp manifold and diverter system 27，灌井系统，trip tank system 28，除气系统，mud gas separator system 29，测井系统，well test system 30，隔水套管张紧系统，riser tensioner system 31，液压系统，hydaulicoil system 32，泥浆混合系统，mud mixing system 33，散货系统，包含bulk cement system 以及bulk mud system 34，高压冲洗系统，high pressure washing down system 35，甲板泄水系统，deck drain system 36，快关阀系统，quick closing vavle system 37，切屑处理系统，cutting handling system 38，直升机加油系统，helicopter refueling system 39，排舷外系统，overboard discharge system 40，刹车冷却系统，brake cooling system 41，呼吸空气系统，breath air system 42，推进器系统，包含 thruster hydraulic oil and lub oil system 43，泥坑冲洗系统，mud pit washing system
海洋石油981深水半潜式钻井平台
海洋石油981深水半潜式钻井平台 海洋石油981深水半潜式钻井平台，于2008年4月28日开工建造，是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，由中国海洋石油总公司全额投资建造，整合了全球一流的设计理念和一流的装备，是世界上首次按照南海恶劣海况设计的，能抵御200年一遇的台风；选用DP3动力定位系统，1500米水深内锚泊定位，入级CCS（中国船级社）和ABS （美国船级社）双船级。 2014年7月15日，“海洋石油981”钻井平台已结束在西沙中建岛附近海域的钻探作业，按计划顺利取全取准了相关地质数据资料。2014年8月30日，深水钻井平台“海洋石油981”在南海北部深水区陵水17-2-1井测试获得高产油气流。据测算，陵水17-2为大型气田，是中国海域自营深水勘探的第一个重大油气发现。 香港《大公报》5日发文称，这是981钻井平台首次前往印度洋海域作业。中国南海研究院海洋法律与政策研究所副所长康霖指出，预计这次981钻井平台前往印度洋是中国和新加坡等国签署的商业合作项目。他强调，商业合作没有国界之分，因此981钻井平台此行不涉及主权和管辖权问题。 越南《年轻人报》称，中国“海洋石油981”钻井平台于去年5月2日被部署在“越南海域”，引发中越双方海警和渔船长达两个月的激烈冲突。7月中旬中国撤走钻井平台。之后，两国一直试图通过高层互访修复双边关系。美国独立东南亚政治分析师扎卡里-阿布扎说：“现实情况是，中国既没有做出让步，也没有撤回对南海的主张。中国拒绝停止强化其主权主张的一切行动。事实上，中国反而加快了步伐。” “为什么说缓和南海局势在2015年是可能的”，《菲律宾星报》6日发文称，美国肯塔基大学外交学者法利近日在《外交学者》杂志发文认为，随着油价下跌，世界石油市场转为出口导向型，这将影响中国和相关东南亚国家对南海经济开发前景的预期，使南海石油勘探的吸引力降低，最终促使南海局势缓和。
平台强度分析分解
审核Approved Dalian University of Technology Dalian China 116024 审定Approved 目录 1 概述 (03) 2 分析方法 (03) 3 分析载荷 (05) 4 分析工况 (03) 5 许用应力 (03) 6 基本数据 (04) 7 分析模型 (04) 8 分析结果 (05) 9 结论 (05) 附录A：原始数据 (06) 附录B：分析模型 (07) 附录C：应力云图 (10)
1概述 本《平台结构强度分析》报告书是对XXX油船加装检疫模块平台的平台结构强度进行分析。 2分析方法 平台结构强度分析的方法是有限单元方法（FEM），应用的分析程序是ANSYS。 3分析载荷 平台结构强度分析中的计算载荷包括： （1）结构自重载荷（程序自动计算）； （2）设备工作载荷（21.3t）； （3）油箱工作载荷（36.2t）； （4）船舶运动的惯性载荷 横向惯性载荷：4.07m/s2 纵向惯性载荷：0.85m/s2 垂向惯性载荷：（9.8+0.96）m/s2 (5) 风载：100年一遇的16.9m/s并且从船的横向吹来 4分析工况 平台结构强度分析的分析工况为： （5）设备工作工况（包括结构自重载荷、油箱工作载荷、设备工作载荷、船舶运动的惯性载荷、风载）； 5许用应力 平台结构材料特性为： 密度= 7850kg/m3
弹性模量= 2.11×1011Pa 泊松比= 0.3 屈服极限（平台/支架/附连船体结构）= 235MPa 许用相当应力（平台/支架/附连船体结构）= 164.5MPa 支架和附连船体结构材料特性为： 密度= 7850kg/m3 弹性模量= 2.11×1011Pa 泊松比= 0.3 屈服极限（平台/支架/附连船体结构）= 315MPa 许用相当应力（平台/支架/附连船体结构）= 220.5MPa 6基本数据 用于建立平台及附连船体结构分析模型的数据由大连XXX公司提供，包括：（1）GENERAL ARRANGEMENT (PF101.10) （2）CONSTRUCTION PROFILE & DECK PLANS (SB003.10) （3）QUARANTINE TANK & TOPPING PLANT ARR. (BS15-501-001) （4）PLATFORM CONSTRUCTION (BS15-501-002) 船舶的主要尺度如下： 总长243.275 m 垂线间长233.000 m 型宽41.800 m
海上钻井平台各系统简介
钻井平台各系统简介 不知道从什么时候起，石油的价格节节攀升。能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。经常要承受巨浪和暴风的袭击。而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。才能把一根根长长的钻杆钻进海底。 钻井平台从近海到深海，主要可以分为座底式，自升式，半潜式、钻井船等。 座底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。所以它们的可钻探深度很有限。只能在几十米的水深的浅海区域作业。 自升式，又叫jack-up。顾名思义，这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。它典型的特征就式3-4条腿。高高的绗架结构。上面安装又齿条。平台本体安装有齿轮。它们一起啮合，传动。在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。平台就靠这几条腿站在海里了。因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。 半潜式，最新的已经到了第6代了。这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点，是漂浮在海面上的。这样的话，它们就可以在更深的水域工作了；船体灌放水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。塔的下部是相当容积的浮筒，上面是若干个中空的立柱，支撑着上部平台平台上面是全部的钻井装备和必要的生活设施。整个平台靠浮筒浮在水面。它们带有2~3级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。 钻井船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部，以减小船体摇荡对钻井工作的影响，且多数具有自航能力。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大，有时要被迫停钻，。增加停工时间，所以更需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。钻井船适于深水作业，但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区。它可以在600m水深的海底上进行探查，掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量，提供生产能力等
船舶与海洋工程结构物强度-思考题(海洋平台强度部分)
船舶与海洋工程结构物强度 思考题 海洋平台强度部分 54．海洋环境载荷主要包括哪些载荷？它们各有何特点？ 55．在海洋平台的强度计算中，选用不同波浪理论的主要依据是什么？ 56．根据什么原则将海洋工程结构物划分为大尺度构件和小尺度构件，它们所受的波浪载荷成 分有何不同？ 57．说明下列计及结构物运动的Morison 公式中各字母的含义： f C Au u V u C V D r r N n m R r =++12 ρρρu r r && 又若结构物为固定立柱，则该公式如何简化？ 58．Morison 公式中的拖曳系数C 的物理意义是什么，其数值主要与哪些因素有关？ D 59．如何应用“F-K 法”计算作用于大尺度构件上的波浪力？ 60．试依据功能关系导出流冰对直立桩柱撞击力的计算公式。 61．解释链端刚度系数的含义。若已知锚链链态的任意两个独立参数（此外，锚链的为 k xx w 已知量），能否确定出的数值？ k xx 62．结合计算框图说明，如何应用牛顿迭代法来确定系泊平台在已知外力作用下的平衡位置。 63．在自升式平台的强度校核计算中，如何对环境载荷(风、浪、流)进行搜索？其主要目的是 什么？ 64．自升式平台的结构主要由哪几部分组成，该类平台结构的薄弱环节是什么？ 65．对于具有桁架式桩腿的自升式平台，在总体强度分析和桩腿局部强度分析中，桩腿的模型 化有何不同？ 66．分析自升式钻井平台在正常作业和拖航等不同工况下，所受环境载荷的差异。 67．对半潜式平台进行总体强度校核时，通常需考虑哪些主要工况？为什么要选择多种计算工 况来进行强度校核？ 68．半潜式平台的结构可分为哪几部分，其中哪一部分是平台结构的薄弱环节。 69．圆柱壳构件的整体稳定性与局部稳定性问题有何不同？ 70．海洋平台总体强度分析中通常采用“设计波法”或“设计谱法”，二者的主要区别是什么？
半潜式钻井平台
半潜式钻井平台 一种海上钻井装置。上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小、波浪影响小、稳定性好、自持力强、工作水深大。 半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台，是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。 半潜式钻井平台,又称“支柱稳定平台”，它是在坐底式钻井平台的基础上发展起来的。它的结构与坐底式基本相似，下部为一浮筒构架，上部为平台。它与沉底式不同之处在于：它在工作时不是座在海底，而是像船体一样漂浮在海面上。当水深较浅时，半潜式平台的沉垫(浮箱)直接坐于海底，这时，将它用作坐底式钻井平台。当工作水深>30m时，平台漂浮于海水中，相当于钻井浮船。到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代（可钻3000米）的历程。它是目前应用最多的浮式钻井装置。据统计，目前世界上的深水半潜式钻井平台可钻3000多米深，而国内钻井深度一般在300m以内。 半潜式钻井平台主要由上部平台、下浮体(沉垫浮箱)和中部
立柱三部分组成。 上部平台任何时候都处在海面以上一定高度。下部浮体在航行状态下是浮在海面上，浮体的浮力支撑着整个装置的重量。在钻井作业期间，下部浮体潜入海面以下一定的深度，躲开海面上最强烈的风浪作用，只留部分立柱和上部平台在海面以上。正是因为在工作期间半潜入海面以下这种特点，被命名为半潜式钻井平台。这种钻井平台在水深较浅时，也可以坐在海底进行钻井，与坐底式一样。 上部平台 半潜式是从坐底式发展而来，所以上部平台部分，与坐底式平台类似，但比坐底式平台要先进得多。上部平台一般也分成两层，上层为主甲板，下层为机舱。主甲板上主要放置钻机、井架、钻具、起重设备、消防、救生设备、各种工作间和生活区(一幢楼房)，还有直升飞机平台等。下层甲板即机 舱内主要是机泵组，固井设备，泥浆循环系统，以及各种材料库罐等。平台的尺度都相当大，所以有很高的自持能力。上部平台的形状以矩形最为常见，此外还有三角形、五角形、八角形，甚至还有十字形和中字形。 沉垫浮箱 沉垫又称浮箱，制成船形沉没于水，有许多各自独立的舱室，每个舱室内有进水泵和排水泵。它用充水排气及排水充气来实现平台的升降。其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平
基于ANSYS的导管架平台强度分析
142 1?概述 导管架平台主要由两大部分组成。一部分是支承结构，由导管架和钢管桩组成，用来支承上部设施与设备的基础结构；一部分是上部设施与设备，由甲板与其上的设备组成，作为收集和处理油气、生活及其他用途的场所 [1] 。导管架是由腿柱和连接腿柱的纵横杆系所构成的空间构架。 在实际的平台设计中，要根据不同的海域，选取不同 的波浪理论来计算结构的波浪力。目前对于二维波浪理论的各种求解算法已经有了许多的研究应用，但在国内的大型平台结构分析系统方面仍有很多工作有待解决[2]。在现代的平台设计中，用人工去简化作用在结构上的波浪荷载已不切实际，所以解决大型导管架平台结构分析中的波浪荷载自动处理问题有实际意义。 2?PIPE59单元特点和模拟方法 ANSYS软件中的PIPE59单元是与空间梁单元类似的单元，能够计算圆管形构件的流体静力和动力效应[3，4]。利用这些特点，考虑用该单元模拟海流载荷，通过输入单元控制参数，就可以自动模拟海流特性。 波浪通过导管架平台时，随着地震相位周期性的变化，对平台结构的作用力也在作周期性的变化。为此按照一定的步长对相位角（0～360?o ）进行等分，编程计算求得环境载荷从8个方向施加时每个方向产生最大作用的相位角，计算结果见表1。 表1?相位角计算结果 载荷方向0?o 45?o 90?o 135?o 相位角350?o 336?o 342?o 4?o 载荷方向180?o 225?o 270?o 315?o 相位角 28?o 41?o 36?o 14?o 3?导管架平台强度分析3.1?结构计算模型 采用ANSYS软件构建其有限元模型，取甲板主梁组成 的梁格和导管架各构件作为梁单元组成的空间结构（见图1）。采用PIPE16和PIPE59单元模拟导管架，采用BEAM 单元模拟平台梁格，模型共计598个单元，527个节点。建模中应考虑在泥面处设断点，泥面上下模型赋值不同单 元。 图1?ANSYS有限元分析模型 根据规范，可将桩的下部模拟为刚性固定端，刚性固定端位于设计泥面垂直以下T （m）处[6]。设计泥面的位置在自然泥面下的距离应按地质条件决定。T 值可按经验公式确定： T =6D （1） 式中：D —桩外径，m。 3.2?组合工况分析 3.2.1?冰载荷 在风和流作用下，大面积冰原挤压垂直孤立桩柱产生的冰载荷的计算方法，导管架所受的最大冰力为： F I =m ×K 1×K 2×σc ×D ×h （2） 式中：K 1、K 2—桩的局部挤压系数和桩与冰层接触系数；m —桩的形状系数，园柱体取0.9；σc —冰的单轴极限抗压强度（KPa），2244KPa；D —导管架直径（m）；h —冰层厚度（m）。 3.2.2?风载荷 最大风速为45m/s，方向0?o 、45?o 、90?o 、135?o 、180?o 、225?o 、270?o 、315?o 。风荷载计算公式为： 基于ANSYS的导管架平台强度分析 任红伟 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院?山东?东营?257000 摘要：导管架平台的波浪力分析是设计中的难点，利用ANSYS软件中PIPE59单元的浮力、波浪及海流荷载计算功能，通过控制单元参数可达到自动模拟海流载荷目的。在Water?Table菜单中分别输入8个方向波流参数，其中疲劳分析考虑的是平台在一个周期里受到的最大和最小波浪载荷，编程计算求出每个方向产生最大作用的相位角。通过建模分析，得到8种工况下结构位移和导管架各点应力。 关键词：导管架平台?强度分析?海流载荷?PIPE59单元 ?Strength?analysis?of?jacket?platform?based?on?ANSYS Ren?Hongwei Drilling Technology Research Institute ，Shengli Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Dongying 257000，China Abstract：The?wave?force?analysis?is?difficult?in?design?for?jacket?platform.?PIPE59?element?in?ANSYS?software?has?the?function?of?computing?buoyancy，wave?and?current?load.?The?current?load?can?be?simulated?automatically?by?adjusting?the?unit?parameters.?The?wave?flow?parameters?of?eight?directions?were?input?in?the?Water?Table?menu?respectively.?Fatigue?analysis?needs?the?maximum?and?minimum?of?wave?load?in?a?cycle?of?platform，programming?to?calculate?the?phase?angle?of?maximum?effect?in?each?direction.?By?modeling?analysis，the?structural?displacement?and?stress?at?various?points?of?jacket?is?obtained?in?eight?kinds?of?conditions. Keywords：jacket?platform；strength?analysis；current?load；PIPE59?element
深海半潜式钻井平台的总布置
深海半潜式钻井平台的总布置 深海半潜式钻井平台的总布置 ●文/中国船舶工业集团公司708研究所刘海霞 随 一 ,总布置原则 平台总布置是一个工艺流程确立,功能区 块划分,系统布置规划,设备参数落实,结构 设计协调等综合设计过程,是半潜式平台总体 设计的重要内容之一,不但对平台的作业性能 有十分重要的影响,而且也是后续设计和计算 的主要依据.通常在方案构思,船型,尺度, 表I隔水导管存放形式对比 技术形态等要素确定时就需对总布置做初步规 划,绘制总布置草图,以配合运动性能,稳性, 定位能力等性能计算和总体方案的确定.在注 意其构造,用途,作业等特殊要求的同时,应 遵循以下基本原则: (1)满足作业要求.以平台的功能目的为核 心和基本出发点,合理布置钻井设备,确保钻 井作业的可行性,便利性. (2)确保稳性,运动性能,定位能力等技术 性能,这是平台安全运营的根本. (3)妥善考虑平台的各部分质量分布,注意 平台的重力平衡,合理性与施工工艺. (4)防火及防爆等安全问题至关重要,在初 步规划总布置时即要避免或降低在危险区域中
布置机械,电气等设备所引起的安全隐患和成 本费用增加. (5)与主尺度,结构形式,系统要求等综合 考虑. (6)注意设备维护及升级的空间,适当为 钻井新技术的应用(如双梯度钻井,欠平衡钻井 等)和平台的功能扩展预留空间,并关注岩屑 处理等环保问题. =,关键技术点分析 1,可变载荷 可变载荷是深海半潜式钻井平台关键性能 指标之一,主要由平台的作业水深,钻井深度, 方式1与方式2的重心高度差对平台整体的影响(平台作业状态排水量以50000t 计入):(11.93—11.1)×2700/50000=0.04m 2011/5WWW.shipsources.corn造船工业43 ■特别关注S皿eCia-肌ention 船型,主尺度所决定.可变载荷通常 指甲板(含立柱)可变载荷,主要包 括人员,备品,钻井设备可变载荷(防 喷器,采油树,测井设备等),钻具(隔 水管,套管,钻杆,油管等),钻材(水 泥,土粉,重晶石,袋装品,泥浆). 钻井水,盐水,基油等钻井液及燃油, 淡水均布置在下浮体内,从性质而言 也属可变载荷,但从对平台性能的影 响而言,其敏感度不如甲板可变载荷, 所以一般所指的可变载荷并未计入此 部分.但对于深海半潜式钻井船,可 变载荷应包括以上各部分.
半潜式钻井平台设计概要
简介： 这篇发言稿较简练地介绍了深水半潜平台的设计思路和考虑要点，可作为总体专业的一个较好的参考。限于当时大会发言时间的限制，没有细节性的展开。 对各个设计细节有兴趣的朋友，可以在这个论坛里展开讨论。比如钻井平台的甲板面布置；钻杆隔水管的横放/竖防；单井架和双井架的选择和作业；动力定位的安装注意事项；钻井系统的配置等等。 下面是发言稿正文。 中国船舶工业集团公司海工部总工程师李小平先生 我借这个机会跟大家交流一下深水半潜式钻井平台设计的想法。 主要分成四个方面，先讲一下深水半潜式钻井平台的基本情况和技术发展的趋势。 从这个图片大家知道深水半潜式钻井平台主要是两个浮体，从系统的角度来讲是三大系统，船用系统、钻井系统、定位系统。半潜式钻井平台，浮式的平台抗风浪能力比较强，能够适应水深范围的开采。目前世界上能在大于1500米水深进行深海钻采作业的只有钻井船和半潜式平台两种移动式装置。 它的技术特点，一个是它的应用性比较好，具有很强的抗风能力，包括它的作业面积，适合在深海进行作业，既可以作业，也可以作为钻采的平台。 半潜式平台应该是高端的平台，目前的造价在7个亿美金左右，中国已经开始进入半潜式平台的建造。 我们国家上世纪80年代，建造了“勘探三号”。目前国内也有一些船厂，正在建3000米，现有的装备水深只有500米。目前这个平台已经进入了完整性的建造阶段和系统的调试。 这个是目前最新的状态，前两天井架吊装完毕。现在油气资源的开发逐步向深水发展。深海油气资源，虽然有一段时间，但还是处于前期阶段，正在开
发的区域主要在墨西哥湾和北海，还有未开发的我们国家的南海，包括巴西，海洋油气资源是非常丰富的。 从技术发展的特点来看，钻井深度也是越来越深了，逐步超过了3000米。 越到深海，环境越来越恶劣。另外装备大型化，载荷大于100吨。 这张图片越到深海，面临的挑战和困难越大。这是墨西哥湾两次飓风，对平台多少有一些损害。深海台风、季风带来的损害是非常大的。这个是对于油气开发装备不是很好的事件，就是墨西哥湾的漏油事件，对海洋的污染，生态的影响非常大。确实油气开发是一个高风险的行业，这个事件发生之后，开采的要求越来越高了，可能会出现一些新的标准。 我们看到国外的主流平台的特点，也就是两大类型，一个是四立柱的，虽然外形看上去差不多，但还是有一些差异的。左下角这个是更适合恶劣的环境。 现在第六代的半潜式平台，工作水深3000米了，我就不展开讲了。基于它的特点，四立柱，减少建造的连接点，降低建造费用，另外可变载荷7000到9000吨。另外排水量控制在500吨到54000吨。独立设置二机舱、二配电板舱，四推进器舱、四泵舱。DP3独立设置四机舱、四配电板舱、八推进器舱、八泵舱。 另外一个海洋环境条件是一个非常重要的设计思路。包括正常的作业钻井。 对于一个平台来说，是一个非常关键的操作。 实际上半潜式平台是布置型的，都是相当复杂的，上部区域主要是围绕着钻井系统进行布局。现在的井架系统是两种，一种是双井架，一个是单井架。 隔水管存放，有立放也有平放的，一般考虑7500立放和2500平放较佳。四机舱的布置在四个角上，DP2通常是在平台的甲板。
一座海洋平台改造的强度分析
文章编号：!""!#$%""（&""’）"%#""&(#"$ 一座海洋平台改造的强度分析 张兆德，王德禹 （上海交通大学，上海&"""’" ）摘要：对一座海洋平台改造前和改造后各种工况进行了结构强度计算，对摩擦桩与平台 主体之间的不同连接方式进行比较，分析了考虑风冰载荷下发生桩靴滑移时桩腿的应力变化情 况。为该平台的改造与工作状态下的强度安全评估提供了重要的参考。 关键词：海洋平台；应力；变形；有限元 中图分类号：)*%文献标识码：+ 某采油平台原为桩基液压自升式平台，由箱形主体、固桩室、桩腿与桩靴及升降机构等部分组成。艏部甲板为生产、储油区，艉部甲板为生活、动力区，四根桩腿。由于平台发生较为严重的中垂现象，为使其安全正常地工作，现对平台进行改造，改造方案为采取增加二根摩擦桩的方法，由四桩移动平台改为六桩式固定平台。 本文对改造前后的平台建立了二个有限元模型，对无外载荷、压载时和风浪流载荷、风冰载荷等各种工况下的平台结构进行强度分析，对摩擦桩与平台的不同连接方式下，平台主体和桩腿的最大应力进行比较，依此确定摩擦桩与平台的连接方式，并计算极端环境状态下桩靴滑移对桩腿应力的影响。!计算模型的建立 !,!有限元模型 平台型长%"-，宽&"-，深’-。桩腿直径&-，!!$号桩腿总长$*,*%-，桩靴为!"-./-.!, $%-。在以上四桩平台上增加%!(号二根摩擦桩，实际摩擦桩长*$-，入泥深度为$’-。 平台主体结构采用空间板梁组合模型，即平台结构中的所有板全部简化为空间板单元；平台骨架如纵桁、纵骨、横梁、肋骨等全部简化为空间梁单元；平台内部撑杆，用空间杆单元来处理；固桩室同样简化为空间板梁组合模型；桩腿简化为圆管梁单元。 改造前四桩平台的计算模型为由梁与板组成的空间刚架结构，共有!$$*/个结点，’&*/$个单元，!!$号桩的桩腿和平台主体为理想刚性连接。 改造后六桩平台的计算模型为由上述四桩平台的空间刚架结构与二根摩擦桩组成，%!(号桩的桩 腿和平台主体的连接方式简化为铰接，每根摩擦桩上有$!个结点，分$"个单元， 如图!所示。平台主体结构的材料全部采用普通碳素钢，屈服应力取&’%0)1 ；固桩室与桩腿材料采用高强度图!改造后平台的计算模型钢，屈服应力取’%%0)1 。!,"边界条件 考虑到浅海地区的海底地基状况，将!!$号桩的桩腿底端 在桩靴处的边界条件简化为简支，即只限定线位移，不限制转 动。 新增加的两根摩擦桩的边界条件，依据规范，取深度为(倍 直径的等效桩，即在入泥深度等于六倍直径处取为固支。 收稿日期：&""’2"$2&!作者简介：张兆德（!3($2），男，博士生，从事结构动力学研究。?(&?张兆德，等一座海洋平台改造的强度分析&""’年!"月万方数据
海洋平台结构与强度课程教学大纲
海洋平台结构与强度课程教学大纲 课程代码：74120460 课程中文名称：海洋平台结构与强度 课程英文名称：Structure and Strength of Offshore Platform 学分：3.0 周学时：3.0-0.0 面向对象： 预修要求：材料力学 一、课程介绍 （一）中文简介 本课程从系统化介绍海洋平台结构型态、分类、与结构特性，先让学生对海域平台有清楚认识，再从海域平台结构特性，引导学生了解对复杂结构分层次建立合理的分析模型，配合结构模型应用相对应的材料强度特性与结构力学原理分析结构的应力分布、设计强度以及极限强度。随著上课内容交付学生作业，使学生在课后阅读课件外，能自行思考并动手完成作业。课程分成11章，春夏学期分別為５章與6章。春学期包含：海洋平台结构简介、材料特性、材料应力应变关系与结构基本模型、薄壳梁理论、梁模型的挫屈与极限强度等5章，夏学期包含：海洋结构分析模型说明、板块弯曲与极限强度、板块与肋版挫屈强度、圆柱壳强度与挫屈强度、銲接結構強度及结构疲劳强度与破裂等6章。 本課程授课期使学生系统化地了解和掌握海洋平台结构特性、建立合理的简化分析模型而具备分析复杂海洋平台应力与评估强度的基础能力。 （二）英文简介 This course introduces systematically the types, classifications, and structural characteristics of different types of offshore structures, enables the students to know the offshore platform and their structural properties first of all; then provide the guide to students to understand the multilevel analysis model for the complex offshore structures which integrates the material properties, mechanical principles and the analysis model to solve the stress distribution of structural members and their design strength as well as ultimate strength. Some home works were prepared let the students learn to solve the strength problems of
深水半潜式钻井平台的设计和建造研究_陈刚
NA V AL ARCHITECTURE AND OCEAN ENGINEERING 船舶与海洋工程2012年第1期（总第89期） 深水半潜式钻井平台的设计和建造研究 陈刚，吴晓源 （上海外高桥造船有限公司，上海 200137） 摘要：半潜式钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积与装载容量和更高的作业效率等特点，在深水能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。以上海外高桥造船有限公司建造的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”为例，对在建造过程中主要应用的有限元数值计算、超高强度钢焊接、平台码头系泊抗台风、减震降噪、重量控制等工作进行了总结，为今后工作积累经验。 关键词：半潜式钻井平台；建造工艺；有限元计算；减震降噪；重量控制 中图分类号：U674.38 文献标识码：A 文章编号：1005-9962(2012) 01-0009-06 Abstract: Semi-submersible drilling platforms have several features such as great anti-wave ability, excellent seakeeping performance, vast deck area and loading capacity and higher working efficiency; therefore, they have unmatchable advantages over other platform types in exploring deepwater energy resources. Taking the deepwater semi-submersible drilling platform “Ocean Oil 981” as an example, which is built in Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd, this paper summarizes several main applications such as finite element calculation, ultra-high strength steel welding, platform anti-typhoon pier mooring, vibration and noise reduction and weight control during the construction process, so as to accumulate some experience for future developments. Key words:semi-submersible drilling platform; construction craft; finite element calculation; vibration and noise reduction; weight control 0引言 随着陆地资源的日益枯竭，石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋。据有关资料报道，全球90%以上海洋面积的水深为200~6000m，因而广阔的深海领域必将是未来能源开发的主战场。半潜式钻井平台从上世纪60年代初问世以来，在海洋石油勘探开发中一直得到广泛应用。 半潜式钻井平台由坐底式平台发展而来，由平台上船体、立柱和下浮体组成，下浮体、立柱与上船体之间设有横撑或斜撑进行连接。通常采用的双下浮体结构形式便于拖航，但与环形下浮体相比，强度有所降低。作业时，下浮体潜入水中，提供主要浮力。与开放式的单层甲板结构相比，箱形上船体能增加总强度和内部空间，并可在破舱时提供附加浮力。上船体高出水面一定距离，保持气隙，以免受波浪的冲击。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，主要由主甲板为钻井作业提供空间。 自从1962年壳牌石油公司改装了世界上第一艘半潜式钻井平台“Bluewater Rig No.1”，见图1。半潜式钻井平台已经历了从第1代到第6代的发展历程，划分的主要标准为建造年份、作业水深、可变载荷和作业环境。第5代半潜式钻井平台的最大作业水深已达到3048m，第5代以后的半潜式钻井平台作业水深差别不大，主要体现在可变载荷和作业环境上。目前世界上的深水半潜式钻井平台集中在墨西哥湾和北海进行作业。 1 “海洋石油981”平台 自1984年我国自行研制的半潜式钻井平台“勘探三号”投入使用后，国内的半潜式钻井平台设计建 基金项目：工业及信息化部深海半潜式钻井平台工程开发科研基金资助项目(工信部装[2009]382号) 第一作者简介：陈刚，男，研究员，博士，1972年出生。2001年毕业于上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业，现从事海洋工程项目的项目管理工作。 收稿日期：2012-01-16