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深水钻井隔水管紧急脱离后的反冲响应 总被引：1，自引：0，他引：1
深水钻井中,在恶劣海况或浮式平台定位失效等情况下,需紧急断开隔水管与水下防喷器的连接。隔水管突然脱离后会加速向上反冲,如果反冲作用控制不当,可能威胁钻井平台、隔水管体和水下井口的安全。介绍了国外隔水管紧急脱离与反冲响应的研究情况,分析了隔水管紧急脱离的原因与程序、脱离后的反冲过程、反冲控制方式和成功脱离标准、反冲响应的分析方法。建议:由于南海深水海况复杂,作业者需制定紧急脱离的预案和作业规程,并进行紧急脱离操作培训;由于隔水管紧急脱离后的反冲响应涉及多个非线性瞬态过程,研究者应该开展隔水管紧急脱离测试和反冲响应模拟计算,开发隔水管反冲响应分析软件。 相似文献
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水下采油树井口连接器是连接采油树和井口的关键设备,对深海水下勘探开发及采油树的安装连接具有不可或缺的重要意义。以一种锁块式水下连接器为例,介绍其结构组成和工作原理,通过有限元建立连接器的三维模型,分析连接器在下放安装工况、连接锁紧工况、正常生产工况和钻完井工况下的连接性能,得出井口与采油树本体接触面作用力、VX钢圈接触应力和锁块受力情况随外部载荷的相互关系。结果表明,VX钢圈在整个过程中都能够保持良好密封,井口与采油树本体接触面未发生分离,弯矩对连接器连接性能影响很大,在额定弯矩作用时连接器部分锁块已发生弹塑性失效。 相似文献
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建立了软悬挂状态下隔水管动力分析模型,采用有限单元法对模型进行离散,结合Newmark-β法对动态方程求解,并对模型进行验证,最后选取南海某口深水井实际参数,对软悬挂状态下隔水管动力特性进行分析。研究结果表明:软悬挂状态下隔水管底端横向位移最大,顶部铰接处弯矩最大。软悬挂状态下,隔水管横向位移与弯矩随着海底隔水管总成(LMRP)重量增加而减小,随着平台运动速度、平台航向与海流方向夹角增大而增大;回收隔水管减小悬挂长度有利于减小最大横向位移,但会造成弯矩轻微增加;采用旋转刚度适当较大的挠性接头则有利于减小隔水管挠性接头以下整体位移与弯矩。研究成果为钻井平台避台撤离时隔水管的安全提供理论指导。 相似文献
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旨在了解箱型梁在极端循环载荷下的极限强度特性。利用非线性有限元方法来研究裂纹箱型梁的极限弯矩,分析了5种裂纹模型,探讨了裂纹类型、裂纹位置和裂纹长度的影响。考虑了两种载荷形式应用生死单元法对双向循环弯曲下裂纹扩展进行了模拟;并将由循环载荷引起的累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤均考虑在内。无论单向循环还是双向循环,单裂纹模型的极限弯矩均小于双裂纹模型的极限弯矩;单边裂纹是最危险的裂纹类型。进一步分析了极端循环载荷下裂纹箱型梁的极限强度折减机理,得出了极限强度折减归因于这两种损伤的耦合作用的结论,并通过其他箱型梁验证了其适用性。 相似文献
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为分析海洋混凝土结构在波浪及海流等荷载作用下的疲劳特性,基于试验结果分析,我们建议了一个用弹塑性增量变刚度法分段跟踪疲劳应力-应变关系曲线及应力循环次数与疲劳应变关系曲线相结合的非线性有限元分析法。混凝土的本构模型采用内时损伤模型。该分析方法的特点是利用较少的机时,就可分析得出结构经过任一疲劳次数(包括上百万次)高周疲劳全过程后的应力、应变状态。这在国内外尚属少见,从而为海洋混凝土结构疲劳特性的有限元分析及用分析法部分代替冗长、昂贵的疲劳试验提供了条件。为验证分析方法的可靠性,我们对海洋平台中经常遇到的钢筋混凝土板的疲劳特性进行了分析,所得计算结果与试验结果符合较好,证明了本文所建议方法的可行性。 相似文献
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南海海域台风频发,对于深水浮式钻井平台,常规避台模式要求回收所有隔水管,但是在深水、超深水海域,这种应对台风的方案有其局限性。据测算,水深超过1 500 m时,台风准备时间(回收所有隔水管、处理井口的作业时间)超过4天,而目前天气预报的水平只能提前4～5天,因此常规避台难度极大,经常会遭遇到还没有起完隔水管,台风已经逼近平台位置的情况,悬挂隔水管成为一种不得不面对的防台避台方案。硬悬挂和软悬挂是目前悬挂隔水管两种常见的模式,由于软悬挂能够补偿和缓解钻井船升沉施加在悬挂隔水管上的动态载荷,因此业内普遍认为软悬挂模式在提高悬挂隔水管对海洋环境的适应能力方面具有一定的优势,但是常规的软悬挂模式作业程序复杂,而且实施过程中存在伸缩节、张力器液缸等相关设备冲程超标的风险。通过对隔水管悬挂状态下横向和轴向的动力响应进行分析,确定了限制隔水管悬挂安全的主要因素,针对隔水管应力超标和转角过大、干涉等风险,设计了一种具有加装扶正器的锥形悬挂短节;针对悬挂隔水管的轴向压缩风险,研制了一种具有补偿功能的隔水管悬挂装置,降低了悬挂隔水管动态载荷产生轴向压缩和动态应力超标的风险。定量评估表明使用新型隔水管悬挂系统,可以将常规的悬挂窗口由不足10年一遇波流环境条件提高到满足100年一遇的波流环境条件,大大提高了悬挂隔水管的安全性。 相似文献
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深水钻井隔水管避台撤离动力与长度优化 总被引：1，自引：1，他引：0
钻井平台作业过程中遭遇强台风时,可能由于种种原因导致隔水管未被完全回收,平台只能下挂隔水管实施撤离。撤离过程中隔水管受到强烈的海流载荷作用,使平台的撤离航向与航速受到严重限制。提出隔水管避台撤离分析方法,建立软硬两种悬挂模式下撤离隔水管有限元模型,进行不同航向与航速下的隔水管悬挂撤离分析,研究隔水管悬挂撤离作业窗口,并对隔水管悬挂长度进行优化。分析表明,隔水管软悬挂撤离作业窗口较大,推荐平台采用软悬挂模式进行撤离,如不具备软悬挂实施条件,提前回收部分隔水管并将其余部分硬悬挂在平台上进行撤离也是一种可行的方案。 相似文献
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为分析海洋混凝土结构在波浪及海流等荷载作用下的疲劳特性,基于试验结果分析,我们建议了一个用弹塑性增量变刚度法分段跟踪疲劳应力-应变关系曲线及应力循环次数与疲劳应变关系曲线相结合的非线性有限元分析法.混凝土的本构模型采用内时损伤模型.该分析方法的特点是利用较少的机时,就可分析得出结构经过任一疲劳次数(包括上百万次)高周疲劳全过程后的应力、应变状态.这在国内外尚属少见,从而为海洋混凝土结构疲劳特性的有限元分析及用分析法部分代替冗长、昂贵的疲劳试验提供了条件.为验证分析方法的可靠性,我们对海洋平台中经常遇到的钢筋混凝土板的疲劳特性进行了分析,所得计算结果与试验结果符合较好,证明了本文所建议方法的可行性. 相似文献
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采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计"上厚下薄"的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。 相似文献
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Unbonded flexible pipe is one of the important pieces of equipment in floating production systems for transport of oil and gas between floaters and subsea wells located in deep water. To assure safety over a long-term service period, analysis of fatigue behavior under alternative bending is a key requirement. An analytical model for prediction of bending behavior is essential for understanding the mechanism of the local stress distribution in the helical wires of the tension armor layers under alternative curvatures and rapid estimation of the service life of flexible pipes for designers in engineering practice. In this paper, seven analytical models available in the literature are selected and summarized. Although the experimental results reported in the literature are limited, a three-dimensional finite element model is developed for investigation of the seven models, and the validity and limitations of these models for different structural parameters of helical wire are discussed, i.e., the width-thickness ratio of the wire section and helical angle. The analytical model based on spring theory resulted in a satisfactory estimation of bending stress for most cases and is recommended as a tool for the basic design of the helical armor wire structures in flexible pipes. 相似文献
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Chungsik Yoo 《Marine Georesources & Geotechnology》2017,35(3):305-317
This paper presents the results of an investigation into the effect of lining leakage on the structural performance of lining in subsea tunnels. A parametric study on a number of hypothetical subsea tunnels was conducted within the framework of two-dimensional stress–pore pressure coupled finite element analysis with due consideration of tunnel cover depth, depth of water to seabed, and ground type. The results indicate that the lining leakage increases axial thrust as well as bending moment, with more pronounced increases in bending moment. Also shown is that there exists an increasing trend of leakage induced lining forces with an increase in the water depth above the seabed but with no significant influence from the cover depth. It is also shown that the progressive development of leakage induced lining forces can be best fitted with an exponential function which can be used to predict the lining force increase for a given tunnel condition. Practical implications of the findings are discussed. 相似文献
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张力腿平台(TLP)水下丛式井口布局设计关系到立管服役期间的安全性,是含有丛式井口平台设计过程中考虑的主要因素。根据TLP立管安装、钻井以及防碰等要求,考虑尾流效应对丛式立管的影响,研究水下丛式井口布局设计准则,对丛式井口—立管系统进行碰撞分析以确定水下井口间距阈值,提出水下丛式井口圆形布局方法和相应的布局设计流程。通过算例对计算方法进行了具体运用。研究表明:与目前采用的"等边三角形网格"方法相比,水下丛式井口圆形布局方法可允许水下整体基盘安装位置误差达到水下井口间距阈值的20%,立管的最大倾角可达到0.5°,安装作业窗口增加1倍以上。本方法对水下整体基盘安装位置误差的容错能力强,能有效扩大丛式立管钻井和安装作业窗口,提高丛式立管作业安全性,研究结果可为TLP丛式井口的设计提供参考。 相似文献
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Unbonded flexible pipes have superior fatigue performance as the internal armor layers are allowed to move relative to each other, leading to reduced structural loading. The main interactions between the internal layers are the contact forces and the frictional forces. Frictional interaction leads to a complex non-linear response of unbonded flexible pipes making prediction of cyclic bending fatigue a demanding task. Nevertheless, detailed understanding of local armor wire stresses and the related fatigue phenomena is of paramount importance as unbonded flexible risers are often operated close to their mechanical limits. This paper presents a method for calculating the tensile armor wire loading and the hysteresis effect on flexible pipes when subjected to tension, and non-symmetric cyclic bending. The effect of non-symmetric cyclic bending with different tensile armor lay angles, and frictional conditions are studied. The analysis uses an efficient repeated unit cell finite element model, allowing the analysis to be performed on a desktop computer. The study shows that the tensile armor wires gradually translate towards the compression side of the pipe bending plane, when the unbonded flexible pipe is subjected to combined tension and non-symmetric cyclic bending. In the analysis, cyclic bending is applied until steady-state in the bending response is achieved over a full bending cycle. The global bending response of the flexible pipe and the tensile armor wire loading conditions for fully stabilized non-symmetric cyclic bending become symmetric around the frictionless state for the mean cyclic bending curvature. An approximate analytic model for the tensile armor in the stabilized cycle, based on symmetric bending about the geodesic curve corresponding to the mean pipe curvature, is proposed. 相似文献
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A new nonlinear two-dimensional tubular joint element is developed in this study on the basis of flexibility equations and the interaction between the axial force and the in-plane bending moment in the joint. Empirical equations are used to define the joint yielding in the axial direction and the in-plane rotation. An elastic-perfectly plastic yield function is adopted to include the combined effects of axial loads and bending moments on the yielding of the joint. The element formulation is straightforward, and it can readily be implemented in nonlinear finite element programs. Verification studies are carried out for the element to prove its suitability for the modeling of tubular joints of offshore jacket structures. It is concluded that the nonlinear joint model that has been developed produces accurate results, verified against experimental data as well as against sophisticated multi-axial finite element joint models. 相似文献
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深基坑支护结构设计的平面应变有限元法 总被引：1，自引：1，他引：1
采用平面应变有限元法讨论深基坑工程多支撑支护问题 ,与传统的静力平衡法、弹性抗力有限元法相比具有优越性 ,该方法将支护结构与土体作为 1个系统研究 ,充分考虑桩土间的协调作用 ,模拟桩土接触界面 ,能计算出不同开挖阶段坑底及地表的变形、支护结构的应力及弯矩 ,在基坑支护结构设计中具有重要应用价值。 相似文献
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采用卷管法进行海底管道铺设过程中,管道首先通过牵引作用上卷于卷筒进行储存。管道与卷筒发生非线性接触,可能会产生复杂的塑性变形和局部屈曲。通过全尺寸柔性管力学性能试验获得柔性管轴力—应变以及弯曲—曲率等非线性力学性能关系,将试验所得的非线性材料性能参数导入建立的两种柔性管上卷ABAQUS有限元模型（梁—实体单元模型与壳和桁架—实体单元模型）,实现柔性管较大轴向抗拉刚度和较小抗弯刚度的同步模拟以及管道与卷筒的非线性接触响应特征。通过对比分析两种有限元模型数值模拟得到的管道弯矩、弯曲曲率、管道轴力、管道与卷筒的接触压强等数据,发现在管道上卷过程中管道沿副法线方向的SM3弯矩占据其弯曲变形主导地位;管道与卷筒之间的摩擦效应对于管道轴力的影响较为显著;管道与卷筒的最大接触压强主要发生在卷管过渡段区域。 相似文献