自升式钻井平台中钻台结构强度分析研究.pdf

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1、第42卷第3期2013年06月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．42No．3Jun．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．03．047自升式钻井平台中钻台结构强度分析研究高学静，张洪欣(烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台264000)摘要：以某自升式钻井平台的钻台结构为计算对象，对其结构强度分析方法进行探讨。以有限元分析软件为手段，按照美国钢结构技术(AISC)规范和美国船级社(ABS)规范中的标准要求，分别校核了钻台在静载工况、作业工况、滑移工况、拖航工况下的结构强度，并对该计算

2、方法进行对比评估，证明计算结果满足工程计算要求。关键词：自升式钻井平台；钻台；强度分析；SACS软件中图分类号：U661．43文献标志码：A文章编号：167l一7953(2013)03-0174-04自升式钻井平台作为一种可移动的海洋结构物，主要由平台主体、桩腿桩靴、升降机构、钻井结构以及生活设施和大型设备等构成。其主船体能沿支撑于海底的桩腿升至海面以上预定高度进行作业。由于其造价低、定位能力强，在各种海况下基本都能保证平稳的钻井作业等优点。这种平台在海洋石油开发中被广泛应用，在大陆架海域的油气资源勘探开发中居重要地位¨1。文中以某典型91．44m

3、(300ft)水深作业的桁架式桩腿自升式钻井平台钻台结构部分为研究对象，见图l。根据美国钢结构技术(AISC)规范要求，利用SACS软件对钻台在正常作业、拖航等工况下的强度进行了分析，并用ABAQUS软件进行结果分析对比，对该结构的计算方法和过程进行评估。图1自升式钻井平台收稿日期：2012—09—10修回日期：2012—11—19第一作者简介：高学静(1983一)，女，硕士，工程师研究方向：船舶与海洋工程结构设计及强度分析E-mail：xuejing．gao@cimc—raffles．eom】741建立有限元模型1．1坐标系的确定计算模型选取右手

4、坐标系，坐标原点位于钻杆中心(即井心)处。x轴，纵向指向平台艏部为正；】，轴，横向指向平台左舷为正；z轴，垂向向上方向为正。1．2计算模型利用SACS软件作为分析软件，该软件可将所有的结构数据：几何形状、构件尺寸、材料特性以及环境条件以文件方式存储，然后求解程序对这些数据进行分析计算，得出最终的求解文件，结果会包含所有节点的位移以及单元内力。参照基本结构图纸，需要对整体钻台结构部分进行合理简化，将图纸中大型桁材以梁的形式建出。一些大型设备以及钻杆的中心位置处的梁结构需要真实模拟，如部分小结构(肘板之类)等可相应简略。SACS模型见图2．图2SACS

5、模型图1．3材料参数和边界条件基本材料参数：杨氏模量E=2．1X10¨Pa：密度P=7850kg／m3；泊松比肛=0．3。自升式钻井平台中钻台结构强度分析研究——高学静，张洪欣主要梁结构材料为EQ47，屈服强度为460MPa，部分工字钢材料是DH36，屈服强度是355MPa。在模型中定义梁截面时，大部分结构的梁截面都是工字钢，可按照实际截面情况定义截面属性。型梁结构每段板厚不尽相同，保守起见可取小板厚值。考虑钻台与其下面的悬臂梁结构的接触约束情况以及钻台的实际工作状态，静载、作业和拖航工况下，4个约束点采取简支约束，在SACS软件中简支边界条件表示

6、见图3。而钻台在滑移工况中边界约束略有不同，图4为钻台模型滑移工况边界条件，图中l表示约束，0表示自由。◆。图4钻台模型滑移工况边界条件2基本载荷与分析工况在对钻台结构强度分析时，应在模型中先定义好所有基本的固定载荷和环境载荷，再按实际计算工况进行相互叠加分析计算。2．1基本载荷1)结构自重。模型建好以后，软件可自行计算结构自重。由于部分结构没有建出，所以此处实际分析计算中考虑了5％的增加量，取重力加速度为9．81m／s2。2)设备重量。根据总布置图和重量重心报告，将各设备重量施加在钻台结构相应位置处。3)甲板工作载荷。根据技术规格书，在甲板开放区

7、域施加甲板工作载荷。4)setback。setback区域是指钻台上放置钻杆的地方。根据技术规格书，将给定的重量值施加在setback区域。5)钻井工作载荷。钻井工作载荷主要考虑由位于钻杆井心处的4根梁结构承担。6)吊钩工作载荷。吊钩处的工作载荷就是指其自身重量和上面的一些滑轮组的重量，还要包括所有setback的管子的重量。7)风载。由于钻台结构上有较高的钻井架和周围大面积的风墙结构，所以风载荷对钻台的结构强度影响较大。风载荷大小是由风压与井架受风的投影面积的乘积得到。根据建造规格书和船级社要求，在作业工况时需要考虑70kn风速；在拖航工况时需要

8、考虑100kn风速。风载的计算方法可参考美国船级社(ABS)中公式要求。在实际分析计算时需要考虑8个方向，即0。，450，