【摘要】：海洋浮式鉆井平臺是開發(fā)深水油氣的主要平臺之一,其上的鉆機井架承載大、高度高、工作海況環(huán)境惡劣。相比陸地鉆機,在作業(yè)過程中鉆機井架除了受到自重、大鉤載荷、工作繩拉力及風載作用外,還受到波浪流引起的平臺運動產生的井架動載影響,導致結構產生較大變形和不斷變化的應力,從而引發(fā)井架結構的疲勞失效與破壞。 疲勞破壞一直被認為是海洋平臺結構的一種主要破壞形式之一,已成為國內外研究的熱點,但尚未見海洋浮式平臺鉆機井架的相關分析研究報道。由于在進行海洋浮式平臺鉆機井架的結構力學分析時必須考慮波浪隨機載荷長時間作用下對結構產生的影響,特別是在進行井架疲勞壽命計算時應該充分考慮平臺動邊界對井架力學性能的影響。為此,需要研究和建立海洋浮式平臺鉆機井架的疲勞壽命評估理論,形成一套系統(tǒng)、有效地針對深水鉆井平臺配套井架的疲勞分析方法,能可靠地定量評估和預測井架的剩余壽命,為深水鉆井平臺配套井架的設計與評估提供參考依據。 本文重點研究針對深水鉆井平臺鉆機井架的疲勞分析方法,主要包括塔形井架有限元仿真與疲勞壽命分析及計算結果的后處理。完成了各種載荷組合與運動邊界條件下井架的載荷計算研究,并與按照API-Spec-2C-2004規(guī)范確定的等效計算載荷進行對比；首先通過塔形井架靜力學有限元分析確定井架應力較大部位,查找出所有可能的疲勞節(jié)點；再用瞬態(tài)動力學分析方法對不同風向組合、不同鉆井載荷、不同工作年限工況等條件下的井架進行動態(tài)分析,提取所關注疲勞節(jié)點對應的變化應力歷程數據,然后結合鉆井載荷出現(xiàn)的幾率、鉆井時間、不同風載作用的時間等,采用編程方法計算出所關注節(jié)點的破壞率與疲勞剩余壽命。結果表明,井架中下部位置應力水平相對較低,而中上部位置和底部與平臺連接處應力水平相對較高,最易發(fā)生疲勞破壞,建議井架結構設計階段充分關注。研究結果可為深水鉆井平臺井架的設計計算與疲勞壽命評估提供理論參考,同時為井架結構安全評定提供有力的支撐和依據。
【圖文】：

字鋼組合而成。井架分為上下兩部分，上下兩部分采用螺栓連接。井架上部和井架下部內部各桿件之間采用螺栓連接，如圖2-4所示。塔形井架高度為57m，設計大鉤載荷9000kN,鋼架整體采用H型鋼，各桿件材料均采用Q345D，具體參數見表2-1。5

在完成井架整體的有限元建模時，在對應的集中質量位置將等效質量施加上去，，如圖2-7所示。圖2-7平臺井架有限元分析模型2.2 塔形井架工況與載荷分析深海鉆井平臺鉆機井架安裝于平臺甲板上，其受力狀態(tài)與陸地鉆機相比更為復雜，主要承受的載荷不僅包括恒載、工作載荷(最大鉆柱重量、大鉤載荷、工作繩作用力、立根載荷)、風載等環(huán)境載荷，還受到波浪與海流所引起的平臺運動變化的影響。這類變化主要是由波浪載荷引起，在波浪載荷的作用下，平臺的運動包括移動與轉動兩種，其慣性力主要由這兩類運動的加速度（移動與轉動加速度）所引起。2.2.1恒載井架的恒載是指長期作用在井架上恒定不變的載荷，如天車、頂驅、游車等專用裝置的重量和井架主體本身的自重。在井架所受到的恒載中，天車、頂驅等重量在計算時8
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE923

【參考文獻】

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本文編號：2575621