导管架海洋平台系统可靠性分析
海洋平台结构与设备的可靠度与风险评估
海洋平台结构与设备的可靠度与风险评估海洋平台在海洋油气田开采中起着决定性的作用，海洋平台结构的稳定以及设备的可靠性影响着海洋油气田开采的效率。
海洋平台结构受到外部因素而发生损坏时，不仅会使工作人员的生命安全和财产安全受到损失，而且会给环境造成巨大的污染，还会使企业受到较大的经济损失和设备损坏。
为了保障海洋平台结构与设备的可靠性，相关部门要针对其中存在的问题提出相应的解决方案。
标签：海洋平台；结构分析；设备的可靠性；风险评估1 前言海洋平台的结构与设备的稳定性评估成为海洋油气能源开发的前提，进行良好的评估为长期的油气开采工作提供了良好的保障。
本文主要从导管架平台极限承载力时变可靠性评估、爆炸条件下海洋结构平台所发出的结构响应分析、海洋平台爆炸风险评估等三个方面进行了较为详细的阐述。
同时对于评估过程和评估方法进行了一系列研究与改进，旨在提高海洋平台结构与设备评估的准确性和有效性。
2 导管架平台极限承载力时变可靠度评估在油气开采过程中，导管架平台得到了非常广泛的应用，但是在具体应用过程中由于多方面因素的影响，诱发了多起海洋平台失效事故，造成了巨大的經济损失，此时就需要相关部门做好海洋平台的安全评估工作。
海洋环境条件比较复杂，在腐蚀等因素的作用下，将会严重减弱海洋平台的抵抗能力，因此随时间变化来对海洋平台的可靠性进行评估尤为重要。
如今，时变可靠度评估离实际工程中的应用还存在一定的距离，尤其是与海洋平台相关的变可靠度分析更是少之又少。
通常情况下，对于不同部位的导管架平台其腐蚀速率存在一定的差异，比较常见的导管架平台腐蚀区域包括潮差区、大气区和浸没区三大部分。
这些部位的腐蚀速率从大到小依次为大气区、浸没区、潮差区。
其中大气区主要是对结构的上部构建产生一定的影响，而浸没区和潮差区一般会对导管架构件产生影响，且对平台的安全性提出了非常高的要求。
对于海洋平台而言，当导管架平台建立在潮海海域时，需要对其冰荷载给予考虑，反之如果建立在中国南海区域时，不需要对其冰荷载给予考虑。
ANSYS的导管架海洋平台优化分析
1 前言随着我国海洋石油战略的实施，海洋石油开发显得越来越重要。
导管架海洋平台作为海洋资源开发的基础性设施，由于性能优良，施工方便等优点，很快得到推广和发展。
因此针对目标平台所处海域海况以及生产需求的导管架海洋平台优化设计成为一项重要的研究内容。
由于海洋平台结构复杂、体积庞大，传统的分析方法由于计算过程繁杂、计算量大等原因难以对导管架海洋平台整体的位移及各局部结构的受力状态给予准确计算。
笔者借助于大型CAE软件ANSYS的优化分析功能，以国内某导管架海洋平台为研究对象，通过建立合适的导管架平台有限元模型，对海洋平台在海洋波浪荷载和风荷载作用下的受力进行分析，并对海洋平台进行优化，从而为海洋平台为安全运行、成本控制提供了合理的数字化分析结果。
2 导管架海洋平台模型建立本文以某导管架海洋平台为例，计算结构总模型及各层间导管布置如图1所示，采用固定式导管架结构，生产平台导管架为6腿成矩形布置，工作点平面尺寸为32m×34m。
上部组块共分四层，主尺寸为46m×40m，层高8m，设计水深为12.2m。
该类型的海洋平台由上部结构和基础结构两部分组成。
上部结构指平台的甲板梁、板、立柱等结构；基础结构又叫支承结构，由导管架和桩组成。
3 导管架海洋平台受力分析运用ANSYS软件，对导管架平台进行受力分析，得到平台的最大位移，最大MISES应力的变化情况。
平台腿1和腿2的水平向位移及MISES应力随平台腿深度的变化如图6和图7所示。
由图6和图7可以看出，当平台腿深度为0.88m时，平台腿2的水平方向位移为7.96mm，对应该位置点的MISES应力为4.85MPa；当平台腿深度增大到11.3m时，平台腿2的水平方向位移为2.44mm，对应该位置点的MISES应力为9.40MPa；由此可以得出，随着平台腿深度的增大，导管架腿的Y方向位移逐渐减小，但其MISES应力逐渐增大。
4 导管架平台优化分析ANSYS结构优化提供两种算法，一种是零阶近似算法，另一种是一阶算法，本文采用一阶算法，选择各层型钢梁以及导管架结构中柱的剖面尺寸作为优化设计的对象。
海上平台导管架腿柱结构强度和稳定性分析
海上平台导管架腿柱结构强度和稳定性分析
李清明;陈第一;祁雷;李宁;孙兆恒;刘子梁
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2024(39)3
【摘要】根据南海北部大陆西区气田的分布情况,为更经济和绿色地增加气田的产量,需要新增立管连接2个气田平台。
以支撑平台导管架的腿柱结构为研究对象,采用7套复合材料背负式管卡安装立管,并考虑腿柱实际受载工况,分析当管卡在不同位置时导管架腿柱结构强度和屈曲稳定性。
借助所构建的SACS计算模型,验证在水深88 m下,采用7套复合材料背负式管卡时,海洋平台导管架腿柱结构的安全性和可靠性,为在相同工作环境下平台腿柱结构的设计提供参考。
【总页数】6页(P46-51)
【作者】李清明;陈第一;祁雷;李宁;孙兆恒;刘子梁
【作者单位】中海石油(中国)有限公司湛江分公司;华南理工大学海洋科学与工程学院;中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE95;P751
【相关文献】
1.基于模型冰试验的多腿柱导管架平台结构最大冰载荷计算新方法——以渤海绥中36-1油田AII井口平台为例
2.单腿导管架平台的设计与结构内力分析
3.海上升压
站平台桩和上部结构柱腿连接强度分析4.基于带缆工况下的导管架主腿结构强度分析5.海上风机导管架基础钢管桩稳桩平台结构强度分析
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海洋导管架平台安全数字化技术研究
然而，目的研究主要集中在材料、设计参数的选择等方面，而对其结 构形态、构造方法等关键问题的研究尚不充分。
二、导管架海洋平台结构优化设 计研究方法
结构优化设计的方法主要包括实验设计、数值模拟和人工智能等。实验设计 通过在实验室内模拟各种工况，对平台结构进行实际测试，以获取最真实有效的 数据。数值模拟则利用计算机技术，对平台结构进行一系列虚拟仿真，以得出最 优设计方案。人工智能则通过建立数学模型，运用遗传算法、神经网络等手段， 实现平台结构的智能优化。
3、环境条件：海况、风荷载、浪高等环境条件也会影响平台的地震响应。 例如，在强风和巨浪条件下，平台会发生风致振动和海流振动，这些因素会与地 震响应产生耦合作用，增加平台的损伤风险。
参考内容二
导管架海洋平台结构优化设计： 现状、挑战与未来
导管架海洋平台，作为海洋工程的重要组成部分，在能源、通信、科研等领 域具有广泛的应用。随着海洋工程的不断发展，对导管架海洋平台结构优化设计 的需求也日益迫切。本次演示将探讨导管架海洋平台结构优化设计的研究现状、 挑战以及未来研究方向。
文献综述
过去的研究主要集中在导管架海洋平台的动力特性、设计方法、环境荷载等 方面，对于地震响应的研究相对较少。已有的研究主要从数值模拟和实验两个方 面展开。数值模拟方面，研究者利用有限元方法对平台进行建模，探讨了地震作 用下的响应规律和影响因素；实验方面，通过振动台试验和实地测试等方法，研 究了平台的地震反应和损伤机理。
一、导管架海洋平台结构优化设 计研究现状
导管架海洋平台的优化设计研究主要集中在结构分析、稳定性评估和耐候性 等方面。结构分析主要平台结构的承载能力和位移，旨在确保平台在各种工况下 的安全性。稳定性评估则侧重于研究平台在风、浪、流等环境条件下的稳定性， 以保证其功能的可靠性。耐候性研究则针对平台的抗腐蚀、防生物附着等问题， 以提高平台的服役寿命。
在役海上平台导管架结构特检评估
在役海上平台导管架结构特检评估海上平台导管架是石油和天然气产业中的重要设施，用于将海底的管线引入平台进行处理和输送。
导管架结构承载着重要的功能和责任，因此其特检评估尤为重要。
本文将对海上平台导管架结构特检评估的背景、目的、方法和意义进行详细阐述。
一、背景海上平台导管架结构是一种复杂的工程结构，承受着海水、气候等外部环境因素的影响，同时还要承受来自管线传输的压力和负荷。
随着使用年限的增加，导管架结构可能会受到腐蚀、疲劳、裂纹等问题的影响，进而影响其安全性和稳定性。
因此，对导管架结构进行特检评估，能够及时发现问题并采取有效措施进行修复和加固，确保其安全可靠地运行。
二、目的导管架结构特检评估的主要目的是评估导管架结构在使用过程中的安全性和可靠性，及时发现结构中存在的问题和隐患，预防事故的发生，保障设施和人员的安全。
通过特检评估，可以确保导管架结构符合相关标准和规范要求，提高其承载能力和抗风压能力，延长使用寿命，减少维护成本。
三、方法导管架结构特检评估通常包括以下几个方面：结构安全评估、结构可靠性评估、结构材料性能评估、结构腐蚀评估等。
评估过程需要进行现场勘察、数据采集、结构分析等工作，以全面了解导管架结构的状况和问题。
在评估过程中，需要借助专业设备和软件进行检测和分析，识别结构的疲劳裂纹、腐蚀损伤等问题，并提出相应的加固和修复措施。
四、意义导管架结构特检评估是保障海上平台运行安全的重要举措。
通过及时评估导管架结构的安全性和可靠性，可以发现并解决结构存在的问题，减少事故的发生概率，提高设施的运行效率和稳定性。
特检评估结果还可以为设施管理提供依据，指导设施的维护和管理工作，延长设施的使用寿命，降低维护成本，并为设施的后续发展提供保障。
综上所述，海上平台导管架结构特检评估是确保设施安全可靠运行的重要环节，对其进行全面评估和定期检测具有重要的意义。
希望相关单位和专业人员重视导管架结构特检评估工作，及时发现并解决存在的问题，确保海上平台的安全生产和运营。
导管架平台的随机有限元可靠度分析
２１ ０ ２年 ５月 １ Ｊ 到 ， ３ 日修 改 ８Ｌ收 ５月 ０
第 一作者简介 ： 淑华 （ ９ ４ ） 女 ， 宁 大连人 ， 士 ， 士 ， 导 张 １６ 一 ， 辽 博 博 ｛ ｉ 师。存 Ｆ本从事过相关研究二年 ，０ ４河海大学港航学 院教授 。 １ ２０
通信作彳简介 ： 辛 徐 岸 与近海 磊 （９ ５ ） 男 ， 苏 徐 州 人 ， 海 大 学 港 口海 １８ 一 ， 汀 河
பைடு நூலகம்
蒙特卡 罗法 Ａ
随机 有限元
Ｕ ５． ； ６ ６ ６
文献标志码
海 洋平 台是海 洋资源 开发 的重 要基 础设 施。
其结 构 复杂 、 体积 庞 大 、 价 昂贵 ， 造 而且 它 所 处 的海
洋环 境 复杂恶 劣 ， 直接 影 响平 台 的安全 。历 史 上曾
１ 可 靠性 分析
软 件 Ａ Ｓ Ｓ概 率 设 计 模 块 ， 蒙 特 卡 罗 随机 有 限元 法对 结 构 可 靠 度 进 行 综 合 评 估 。 并 分 析 各 种 载 荷 因素 对 平 台 可 靠 度 的影 ＮＹ 用 响 ， 到 了较 满 意 的 结 果 。 得
关键词 导管架 中图法分类号
可 靠性
谱分 析
度 的 因素进 行评 估 ， 导管 架 平 台 的设 计 有 重 要 的 对 意义 。在 以往 的计 算 中对 于材 料 的变 异 性 、 载 的 荷 随机 性往 往考 虑 较少 ， 法 真 实反 映结 构 的可 靠 性 无
水平 ， 因此本 文采 用 随 机 有 限元 方 法 来 计 算 导 管架 平 台的可 靠 性 。运 用 Ａ Ｓ Ｓ概 率设 计 模 块 （ Ｄ ） ＮＹ Ｐ Ｓ 采 用谱 分 析 法 计 算 了 海 洋 平 台在 仅 受 随 机 波 浪 荷
导管架平台动力性能及安全性分析
导管架平台动力性能及安全性分析作为常见的海上结构,导管架平台在完成钻井、采油、储油等作业的同时,由于长期暴露在海洋环境当中,会受到恶劣的天气环境以及其他诸多复杂因素的影响,有时还会受到爆炸、撞击等偶然载荷的作用,因此平台倒塌事故时有发生,这不仅造成了严重的环境污染,同时也带来了巨大的经济损失。
为保证结构在恶劣环境下的抗倒塌能力,延长结构的服役期,有必要从整体结构层面出发,研究平台结构的整体安全性能。
目前导管架平台的整体安全水平研究主要围绕在静力载荷作用分析的阶段,由动力载荷造成的整体倒塌以及所体现的安全储备方面研究较少。
同时,对于导管架的倒塌过程,很少进行结构内部杆件的屈服过程与塑性发展特性相关探讨。
本文针对以上几个问题展开了相关研究：探究了非线性方法在有限元分析中的实施手段。
对于常见的倒塌分析,一般要求考虑材料、几何非线性,从而能够模拟更为反映实际情况的倒塌过程,因此有必要深入了解非线性在结构分析中的实施过程与分析手段。
将推导二维梁单元的几何、材料非线性有限元模型,结合Newton-Raphson方法编制程序,研究非线性在结构分析中对计算结果产生的影响。
研究了导管架平台的静力倒塌安全性。
采用某冰工况下的环境要素,以及基于提高重现期的载荷增量方法,对平台进行了Pushover分析,得到了不同方向的结构承载力与杆件塑性发展过程,进而根据其储备强度(RSR)探讨了结构整体安全性能；编制了逐步回归响应面程序,该方法不需提前给出功能函数,且计算效率较高。
然后,计算了结构的整体可靠度,并通过给定拟合方程的JC法验证了程序的可靠性。
研究表明,尽管两类指标的研究侧重点不同,但两类指标均能很好地对结构的安全性进行描述。
在地震作用下,对导管架平台进行了动力性能研究。
选择了26条具备不同频谱特性的三向地震记录,采用IDA方法对结构进行了动力增量分析,在分析中记录不同地震波作用下结构全过程响应信息与杆件状态信息,以及塑性点、倒塌点对应的载荷水平。
极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台有限元分析
极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台有限元分析导管架式海洋平台是一种常见的海洋工程结构，用于支撑海底管道和设备，具有抗冲击和稳定性好的特点。
然而，在极寒环境下，海洋工程结构面临的主要挑战是冰的载荷作用，因此需要进行有限元分析来评估结构的稳定性和安全性。
本文将对极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台进行有限元分析。
首先，需要建立一个合适的有限元模型来描述海洋平台的几何形状和材料属性。
然后，引入冰的载荷作用，并将其施加在海洋平台的上部结构上。
根据实际情况，可以选择不同的冰载荷作用模型，如冰块撞击、冰覆盖等。
在加载过程中，可以监测结构的位移、应力和变形等参数。
接下来，可以使用合适的有限元软件进行数值计算，如ABAQUS、ANSYS等。
在计算过程中，需要考虑材料的本构关系和边界条件。
在边界条件方面，可以选择固定边界、自由边界或多自由边界。
根据实际情况，还可以对模型进行网格剖分和单元类型选择等预处理。
在计算得到结构的位移、应力和变形等结果后，可以对结构的安全性和稳定性进行评估。
常见的评估方法包括静态强度分析、动力响应分析和疲劳寿命评估等。
在评估过程中，需要根据设计标准和规范，对结构的破坏准则、失稳准则等进行分析。
最后，可以根据有限元分析的结果，提出相应的优化建议。
对于存在问题的部分，可以考虑增强结构的刚度或加强冰的防护措施等。
同时，还可以针对不同的冰载荷情况进行参数研究，为冰工程的设计和施工提供科学依据。
综上所述，极端冰载荷作用下自复位导管架式海洋平台的有限元分析是一项复杂而重要的工作。
通过合适的建模和计算方法，可以评估结构的稳定性和安全性，并提出相应的优化建议，为海洋工程的设计和施工提供依据。
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大连理工大学
硕士学位论文
导管架海洋平台系统可靠性分析
姓名：杜超
申请学位级别：硕士
专业：防灾减灾工程及防护工程
指导教师：李昕
20060616
大连理工大学硕士学位论文
１绪论
１．１前言
１．１．１海洋平台的发展概况
随着社会的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。
石油是当今世界最主要的能源，人类对石油的开发已经从昔日的陆地逐渐向海洋进军。
占地球面积７１％的海洋，蕴藏着丰富的生物资源和矿物资源【１］。
海洋石油开发具有投资高、风险大、高新技术密集等特点，即便如此，面对及其丰富的海洋资源，各国都加紧了海洋高新技术的开发。
使海洋环境探测、海洋资源调查、海洋油气开发、海洋深潜和海生物技术等成为世界高技术竞争的热点。
海洋平台是一种海洋工程结构物，它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。
随着海洋开发事业的迅速发展，海洋平台得到了广泛的应用，如海底石油和天然气的勘探与开发、海底管线铺设、建造海上机场及海上工厂等。
目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。
海洋平台的建造历史可以追溯到１８８７年在美国加利福尼亚所建造的第一座用于钻探海底石油的木质平台；１９４７年墨西哥ｃｏｌｌｉｓｓａｎａ海域建造了第一座钢质海洋石油开采平台，开创了海洋开发的新篇章［２１。
图ｌｔｌ几种典型海洋平台示意图
Ｆｉｇ．１．１ＳｅＶｅｒａｌ¨ｎｄｏｆｔｙｐｉｃａｌｏｃｅａｌｌｐＩａ饰ｍｓ
导管架海洋平台系统可靠性分析
按结构型式及其特点来划分，海洋平台大致分为固定式平台、移动式平台和顺应式平台等三大类【２６】，如图１．１所示。
水深在５—２００米范围内，导管架平台是应用最多的一种平台形式，约占９０％以上。
“导管架”【８】的取名基于管架的各条腿柱作为管桩的导管这一实际。
固定式钢质导管架海洋平台主要由两部分组成ｐ刀】：一部分是由导管架腿柱和连接腿柱的纵横杆系所构成的空间构架。
腿柱（导管）是中空的，钢管桩是一根细长的焊接圆管，它通过打桩的方法固定于海底，由若干根单桩组成的群桩基础把整个平台牢牢地固定于海床。
腿柱和桩共同作用构成了用来支撑上部设施与设备的支撑构件；另一部分由甲板及其上面的设施与设备构成，是收集和处理油气、生活及其它用途的场所。
如图１．２所示，就是典型的寻管架式海洋平台结构。
图１．２东海油田导管架海洋平台示意图
Ｆｉｇ．Ｉ．２ＴｈｅｊａｃｋｅｔｐＩａｔｆｏｍｌｉｎＥ越ｔＣｈｉｎａｓｅａ
１．１．２我国海洋平台的发展状况
我国有１ｓｏｏｏ多公里的海岸线，６５００多个海岛。
在近３００万平方公里的海域内，大陆架海区含油气盆地面积近７０万平方公里，预测石油资源储量为２７５．３亿吨，天然气储量为ｌＯ．６万亿立方米。
目前已探明在渤海、黄海、东海、南海等海域均有分布，且储量丰富［５】。
我国从六十年代中期开始建造石油平台，于１９６６年依靠自己的技术力量在渤海海域成功的安装了第一座导管架式海洋平台。
近年来，我国的平台设计、制造、安装都得到了突飞猛进的发展，在各海域陆续建造了近百座海洋平台。
其中，我国“十五”重
大连理工大学硕士学位论文
点工程项目“春晓油气田”，位于宁波市东南３５０公里处的东海西湖凹陷区域，由春晓、残雪、断桥和天外天４个油气田组成，总面积达２．２万平方公里，已于２００５年底完工，并必定会在不久的将来投入生产，届时该油气田的日处理天然气能力可达９１０万方。
１．１．３海洋平台的风险
海洋平台结构复杂，体积庞大．造价昂贵，与陆地结构相比，所处的环境非常”１恶劣，承受着多种随时间和空间变换的随机荷载，如波浪、海流、风、潮汐、海冰等荷载，同时还受到地震作用的威胁，在这种恶劣的工作条件下，海洋平台的服役状况不断退化，使得结构抵抗环境荷载作用的能力不断下降。
一旦发生事故，将造成重大的经济损失，和恶劣的社会影响。
历史上由于对海洋环境的复杂性、随机性以及平台的安全度认识不充分，曾发生多次海洋平台的坍塌事故，造成了无法挽回的损失“１。
国外的海洋平台事故包括：１９６５年英国北海的“海上钻石”号钻并平台支柱脆性断裂导致平台沉没；１９６８年“罗兰角”号钻井平台事故；１９８０年Ｅｋｏｆｉｓｋ油田的“Ａ１ｅｘａｎｄｅｒＬ＇Ｋｉｅｌｌａｎｄ”号半潜式钻井平台发生倾覆，导致１２２人死亡；ｚ００１年巴西龙卡多油田Ｐ一３６号半浮动式平台发生工业爆炸和火灾，造成１０人死亡，直接经济损失达４亿美元。
国内海洋工程事故有：１９６９年我国“渤海２号”平台被海冰推倒，直接经济损失达２０００多万；１９７７年“渤海４号”平台在海冰的作用下倒塌；２００２年８月，文昌１３一Ｉ平台在安装阶段与起重铺管船发生碰撞，造成经济损失数百万。
如图１．３所示是龙卡多油田Ｐ一３６号平台的事故照片。
图１．３巴西龙卡多油田事故图片
Ｆ培１．３１１１ｅＰ－３６ｐｌａＩｆｏｒｒｎｓ㈣ｎｇａｃｃｉｄｅｎｔ
导管架海洋平台系统可靠性分析
图３．１储油罐平台计算模型
Ｆ唔３，ｌＴｈｅｏｉｌｔａｎｋｍｏｄｅｌ
在使用Ａｎｓｙｓ。
’”１对结构建立限元建模型过程中，充分考虑了结构的原有特性，使用了Ａｎｓｙ５提供的梁单元、管单元、壳单元对结构构件进行剖分，结构上部储油罐作为集中质量，采用质量单元模拟，将集中质量块分四个点加在甲板上：对于桩的模拟，本文采用的是等效桩法，考虑桩土的相互作用Ⅲ’“’，取泥面以下等效桩长度为７ｍ，在其底端加以固定约束。
具体剖分信息如表３．２所示。
表３．２剖分信息表
Ｔａｂ．３．２Ｇｒｉｄｄｉｖｉｓｉａｎｉｎｆｂｎｎａｔｉｏｎ
构件名称单元类型单元数量
平台甲板ｓｈｅｌｌ６３２１００
平台粱ｂｅ嘲１８８１６００
桂腿、桩腿、平面撑、斜撑街ｅ５９１８１６
储油罐ｍ拈ｓ２ｌ
３．２环境荷载分析
３．２．１环境荷载分类及计算模型
（１）环境荷载的分类。