深水自升式钻井平台主要结构参数设计方法研究

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1、2013年第l1期谢建新：深水自升式钻井平台主要结构参数设计方法研究1．2参数建模趋势线(线性、对数、多项式、乘幂、指数、移动平均根据收集到的资料数据(见表1)，绘制了需要值)，计算出方差，取方差值最小的趋势线作为此设计的参数与可能相关的已知参数的关系图，画出关系图的规律线。表1世界主要深水自升式钻井平台1．2．1平台自重一工作水深起到“重半功倍”的作用。为承受特定质量的平平台自重是由桩腿、桩靴、升降装置、船体以及台，桩腿中主弦杆间距相当重要，其中主弦杆间距平台上其他一些固有构件的质量所组成。在平台与船体自重的关系如

2、图4所示。设计时，应确保平台具有足够的强度，除承载设备及人员外，还能抵御环境载荷产生的不利影响，众多因素使平台自重随着工作水深的加深变化很大，如图2所示。5040图3桩腿长度一工作水深302010252。15图2平台自重一工作水深曩00】000020o00300oo4O000500001．2．2桩腿长度一工作水深船体自重／t工作时桩腿下放插人海底，平台被抬起到离开图4弦杆间距一船体自重海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证1．2．4桩腿横纵间距一工作水深平台遇到风暴时桩腿不致下陷。桩腿长度由极限桩腿的分布位置，

3、即桩腿之间的纵向间距和横波高、气隙高度、桩腿入土深度、工作水深、船体型向间距，直接影响到平台的着底稳性，也影响着环深、桩腿剩余长度等几部分组成(如图1所示)，其境力作用的各桩腿所承受的轴向载荷。桩腿之间中工作水深对桩腿长度影响最大。从图3中可以的纵向间距和横向间距越大，平台的抗倾斜稳性也看出，桩腿长度和工作水深成正比关系，由此可以近似地得出两者之间呈线性关系。越好，如图5所示。1．2．3弦杆间距一船体自重1．2．5船体体积一船体自重利用麦秆原理，把一些高大的柱子和杆件都设船体体积和船体自重成正比关系，如图6所计成空心

4、的。这样可以大大提高他们的承压能力。示。·3】·2013年第42卷机械设计与制造工程工作水深／m工作水深，m(a)桩腿横间距一工作水深(b】桩腿纵间距一工作水深图5桩腿横、纵问距一工作水深2oo150喧薹鬈筵i船体体积／图6船体体积一船体自重图7桩靴面积一船体体积1．2．6桩靴面积一船体体积2应用实例桩靴的主要作用是减少桩腿的人泥深度，使吊以水深为180m的自升式钻井平台为例，平台装船在升起的时候更平稳，减少桩腿的受力等。桩正常工作时的可变载荷为4000t，自存工况下的可靴的设计质量直接影响整个平台的性能好坏，因此变

5、载荷为27Ot，通过调研得到南海的波高为平台桩靴的设计至关重要。依据地质调查结果及16．8m，气隙高度15．2m。结合已经得到的函数关平台的设计质量和环境因素，选择合适的桩腿形系，可以计算出该自升式钻井平台的平台自重、桩式J。桩靴面积与船体体积之间的关系如图7所腿长度、弦杆间距、船体体积和桩靴面积，详见表示。2。表2平台主要参数首先参照CJ80一x175一A(工作水深175m)构形式。的比例，船体尺寸初定型长110m、型宽100m、型深表3桩腿结构参数m13m。其次，由于桩腿材料相同，即屈服极限一定，那么桩腿主弦杆外

6、径D和厚度h与船体的自重呈一定的数学关系，即DT及hOCT，初定桩腿主弦杆外径与厚度值为735mm×137mm。注：桩腿总重23665t，桩腿的结构形式为逆K型。3．2计算条件●3基于有限元的桩腿结构强度校核及优化平台工作水深为180m，考虑50年一遇的极限桩腿作为自升式钻井平台的重要组成部分，其安全性直接关系到整个平台的安全性，因而有必要设计海况，即风暴自存工况，风速为51．5m／s，波高对桩腿结构进行强度校核及结构优化，在保证桩腿为15．2m，周期为9s，海流速度为1．8m／s，海水密结构安全的前提下，不断优化桩

7、腿结构型式，使其度为1029kg／m，可变载荷27Ot。受力更加合理并且经济性更佳。用Hepermesh软件对所设计的桩腿进行仿真3．1桩腿结构参数设计分析：考虑单桩腿结构，风载荷是静力作用，而且相根据上述方法初取桩腿结构参数，见表3。对较小，可以忽略不计，因而载荷组合为波浪载选取桩腿材料为MW450V(屈服极限应力为荷+海流载荷+重力载荷。由于波流同向时产生520MPa)，安全系数取1．67。采用Hepermesh软件的应力和位移最大，因而考虑波流同向。由已有知对所设计的桩腿进行仿真分析，得到最优的桩腿结识可知，波

8、流入射角为80。时，应力和位移最大。·32·2013年第42卷机械设计与制造工程计的深入，会不断地对这些参数进行修正。search，2013，631：936—941．[5]陈宏，李春祥．自升式钻井平台的发展综述[J]．中国海洋平台。2007，22(6)：1—6．参考文献：[6]张辰燕．翻译自然的设计[J]．百科知识，2009(3)：l4一[1]