【摘要】：自升式平臺(tái)是海洋石油勘探與開發(fā)的重要裝備,在海洋油氣開發(fā)中已被廣泛應(yīng)用。由于海底地質(zhì)條件復(fù)雜和平臺(tái)作業(yè)水深增加等因素的影響,對(duì)自升式平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)安全和研制成本提出了更高的要求。提升平臺(tái)作業(yè)安全性,優(yōu)化平臺(tái)結(jié)構(gòu),降低研制成本,對(duì)于提升該類裝備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的意義,已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。本文以遼寧省科技重大專項(xiàng)“350英尺自升式鉆井平臺(tái)研制”為依托,選取自升式平臺(tái)海底層狀土承載力、平臺(tái)插樁入泥深度、平臺(tái)拔樁阻力、樁腿結(jié)構(gòu)構(gòu)型等為研究對(duì)象,以提升作業(yè)安全性,降低研制成本為目標(biāo),開展以下研究工作:1)鑒于傳統(tǒng)地基承載力計(jì)算方法在處理參數(shù)復(fù)雜的海底地質(zhì)條件下的局限性,開展淺基礎(chǔ)地基極限承載力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法及其適用性研究。依據(jù)土壤彈塑性力學(xué)性征,對(duì)承壓土層以滑移破壞面為邊界進(jìn)行區(qū)域劃分,基于極限平衡理論,對(duì)承壓地基進(jìn)行力學(xué)平衡求解,從理論上研究地基土主動(dòng)區(qū)、過渡區(qū)和被動(dòng)區(qū)的土體應(yīng)力和應(yīng)變行為。通過研究單層不同質(zhì)土壤的極限承載力計(jì)算方法,給出一種新的圓形淺基礎(chǔ)站立于層狀海洋地基土,在不同失效模式下的承載力計(jì)算方法。2)針對(duì)自升式平臺(tái)因插樁深度的預(yù)估不足可能導(dǎo)致刺穿的隱患,開展樁靴與土體相互作用機(jī)理研究�？紤]樁靴與土體相互作用涉及到的非光滑摩擦準(zhǔn)則、土體大變形和材料非線性等力學(xué)特性,構(gòu)建有限元模型,模擬平臺(tái)插樁時(shí)樁土相互作用及土體的破壞過程。計(jì)及樁靴形狀特點(diǎn)、插樁過程和樁坑深度等因素的影響,修正樁靴入泥深度規(guī)范計(jì)算公式,給出一種實(shí)用的入泥深度計(jì)算方法。采用經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)樁靴入泥過程進(jìn)行分析,并與修正的規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)合平臺(tái)實(shí)際作業(yè)井位記錄的插樁深度,驗(yàn)證有限元方法計(jì)算的準(zhǔn)確性和修正公式計(jì)算的實(shí)用性。3)針對(duì)平臺(tái)拔樁阻力預(yù)估不足可能導(dǎo)致的安全隱患,基于樁-土相互作用機(jī)理和流-固耦合理論,考慮樁周土體回填后淤積固結(jié)強(qiáng)度等因素的影響,對(duì)平臺(tái)在典型區(qū)塊拔樁過程中土體運(yùn)動(dòng)、土體破壞和孔隙水壓變化等進(jìn)行研究。采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元方法,對(duì)典型井位的拔樁阻力進(jìn)行計(jì)算比較,重點(diǎn)研究土體孔隙壓力、沖樁和上頂力等因素對(duì)基底吸附力的影響,給出不同持力層的吸附力和沖樁效果對(duì)比分析結(jié)果,提出拔樁阻力有效的計(jì)算方法,結(jié)合實(shí)際井位拔樁阻力數(shù)據(jù)比較,驗(yàn)證方法的有效性。4)針對(duì)自升式平臺(tái)因作業(yè)水深增加所帶來的樁腿結(jié)構(gòu)柔性凸顯的問題,以母型樁腿為參考,對(duì)自升式平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行研究。在風(fēng)洞中按1/100縮尺比模型進(jìn)行五分量測(cè)力試驗(yàn),獲取目標(biāo)平臺(tái)的風(fēng)載荷數(shù)據(jù)。基于STOKES五階波理論,通過SESAM軟件計(jì)算獲取波流載荷。通過模態(tài)分析,獲取計(jì)及DAF效應(yīng)和P-△非線性效應(yīng)的慣性載荷。以拖航和自存工況下樁腿總強(qiáng)度的滿足為校核條件,選取樁腿節(jié)距和弦管間距進(jìn)行離散,結(jié)合參數(shù)化建模技術(shù),對(duì)自升式平臺(tái)在拖航工況和自存工況下的14種構(gòu)型的樁腿總強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)估,以降低樁腿重量,提高經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),對(duì)現(xiàn)有平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化,給出優(yōu)化后的樁腿參數(shù),形成自升式平臺(tái)桁架式樁腿結(jié)構(gòu)選型方法。
[Abstract]:The jack up platform is an important equipment for offshore oil exploration and development. It has been widely used in the development of marine oil and gas. Due to the complex geological conditions of the seabed and the increase of the depth of the platform operation, a higher requirement for the operation safety and development cost of the jack up platform is put forward. The operation safety of the platform and the structure of the platform are optimized. Reducing the cost of development is of great significance to improving the market competitiveness of this kind of equipment. It has aroused extensive concern in the industry. Based on the "development of 350 foot jack up drilling platform" in Liaoning Province, this paper selects the bearing capacity of the submarine layered soil in the jack up platform, the depth of the platform inserting the mud into the mud, the drag resistance of the platform and the pile leg. In order to improve the safety of operation and reduce the cost of development, the following research work is carried out to carry out the following research work: 1) in view of the limitations of the traditional foundation bearing capacity calculation method under the complex submarine geological conditions, the empirical calculation method and its applicability of the ultimate bearing capacity of shallow foundation foundation are carried out. On the basis of the theory of limit equilibrium, the mechanical equilibrium of the bearing foundation is solved. The soil stress and strain behavior of the active, transition and passive areas of the foundation soil is theoretically studied by the theory of limit equilibrium. The ultimate bearing capacity of the single layer soil is studied by the calculation of the ultimate bearing capacity of the soil. Method, a new type of circular shallow foundation stand on layered ocean foundation soil, the calculation method of bearing capacity in different failure modes.2) is used to study the mechanism of interaction between pile boots and soil. The finite element model is constructed to simulate the interaction of pile and soil and the failure process of soil soil during the platform inserting pile. Considering the influence of the shape characteristics of the pile boots, the process of piling and the depth of the pits, a practical formula for the depth of mud depth is revised and a practical depth meter is given. An empirical formula, an empirical formula, numerical simulation and experimental technique are used to analyze the mud process of the pile boots, and compared with the revised standard formula calculation results. The accuracy of the finite element method calculation and the practicability of the revised common formula.3) are verified by the comparison with the revised standard formula calculation results. On the basis of pile soil interaction mechanism and flow solid coupling theory, the effect of soil movement, soil failure and pore water pressure change in typical block pile pulling process is studied based on the pile soil interaction mechanism and the flow solid coupling theory, and the empirical formula and finite element method are used to study the soil movement, soil failure and pore water pressure change during the pile pulling process of typical blocks. The effect of soil pore pressure, pile and top force on the base adsorption force is studied, and the results of the comparison and analysis of the adsorption force and the effect of the pile impact are given. The effective calculation method of the resistance of the pile pulling resistance is put forward, and the validity of the method is verified by the comparison of the actual hole pulling resistance data. .4) in view of the problem that the pile leg structure flexibility of the jack up platform is highlighted by the increase of the working water depth, the structure of the pile leg structure of the jack up platform is studied. The five component force test is carried out in the wind tunnel according to the 1/100 scale ratio model in the wind tunnel, and the wind load data of the target flat are obtained. Based on the theory of the STOKES five order wave, the wind load data are obtained. Through the SESAM software calculation, the wave flow load is obtained. Through the modal analysis, the inertia load of the DAF effect and the nonlinear effect of P- delta is obtained. Taking the total strength of the pile leg under the towing and self storage conditions as the checking condition, the spacing of the leg and the spacing of the string are discretized. The total strength of 14 types of pile legs under the storage condition is evaluated comprehensively. In order to reduce the weight of the pile legs and improve the economy, the structure of the pile legs in the existing platform is optimized and the optimized pile leg parameters are given, and the structure selection method of the truss type leg structure of the jack up platform is formed.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P742

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本文編號(hào)：2141606