自升式钻井平台升桩动力学研究

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当前陆地油气资源日益减少,各国都在加速推进海洋油气资源的开发进程。随着对海上油气资源的勘探钻采在不断地从近海海域向着深水海域发展,海洋平台需要面对的作业环境和条件也随着作业水深的不断增加而变得更加严酷,因此各种适用于不同环境的钻井平台应运而生,而这又对海洋平台的设计建造提出了更高的要求。其中,自升式平台由于其造价低、运移方便、对海底地形的适应力强并且在各种海况下都能稳定的进行作业等特点,被广泛的应用在三百米水深以内的近海海域。自升式平台完整的迁移过程包括原地降船、拔起桩腿、拖航到新井位、插桩举升和压载五个环节。其中,拔桩作业是自升式平台迁移过程中难度较大,危险性高,且作业时间较长的环节之一。在拔桩过程中,支撑平台的桩腿受力复杂,并且桩腿作为系统中的细长构件,其柔性会对平台系统的运动造成影响。在自升式平台的设计研发中,桩腿作为支撑平台在海上作业的重要部件,其受力强度及安全性都是保证平台使用寿命和安全的重要因素。本文主要对目前使用广泛的自升式钻井平台的拔桩过程进行动力学分析,主要研究内容如下:(1)以三桩腿自升式平台为研究对象,对平台的升降装置传动系统进行了设计计算。(2)组合利用Pro/E、ANSYS和ADAMS软件,建立升降装置、平台船体、桁架桩腿及圆柱桩腿模型,并建立包括平台船体、桩腿及升降装置等在内的平台动力学仿真模型,包括圆柱桩腿平台模型和桁架桩腿平台模型。(3)分析在拔桩过程中平台的主要受力,并对拔桩过程的平台的受力及边界条件进行简化模拟,利用传感器、脚本控制等实现了在ADAMS中模拟平台的拔桩过程。(4)利用ADAMS软件对桁架桩腿平台的拔桩过程进行刚体动力学分析,以及将桩腿设置为柔性体进行刚柔耦合分析,得到桩腿分别作为刚体和柔体考虑时,不同降船速度下,平台拔桩过程的振动特性曲线,分析桁架桩腿的弹性变形对系统运动的影响。结果表明,考虑桩腿弹性时,平台在开始降船阶段即会产生振动,并且桩腿拔起后平台的振动振幅小于刚体时的振幅。(5)通过ADAMS软件对平台的拔桩过程进行仿真,得到平台在拔桩过程的速度、加速度及受力等曲线,将桩腿受力曲线导入ANSYS软件对桁架桩腿进行瞬态动力学分析,得到了桩腿在拔桩过程的动载荷分析结果。结果表明,拔桩过程中桁架桩腿满足强度要求。(6)将圆柱式桩腿设置为柔性体,在ADAMS软件中对圆柱式平台的拔桩过程进行刚柔耦合仿真,得到平台的振动特性曲线并通过ADAMS软件查看柔性桩腿的应力应变信息,得出圆柱桩腿在拔桩过程中满足强度要求。
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