海洋石油平台设计课程设计.doc

目录
第一章综述 2
海洋平台概述 2
海洋平台简介 2
海洋平台分类 2
11
海洋环境荷载 12
海洋环境荷载简介 12
风荷载 13
波浪荷载 14
15
16
ANSYS介绍 17
软件简介 17
软件功能介绍 17
第二章导管架平台整体结构分析 18
19
19
导管架平台结构特点 20
平台几何模型的建立 21
平台有限元模型划分 34
波流耦合作用下导管架平台整体结构静力分析 39
结构整体静力分析 39
静力结果分析 45
导管架平台整体结构模态分析 50
结构模态计算 50
观察模态分析结果 55
波浪作用下平台结构瞬态动力分析 59
瞬态动力分析 59
动力分析结果处理 66
本章小结 80
第三章单筒三井简易平台桩腿结构力学分析 80
单筒三井结构概述 80
工程实例:单筒三井结构平台桩腿动力分析 82
模型建立 84
静力分析求解 101
动力分析 114
本章小结 131
第四章总结 131
参考文献 131
第一章综述
海洋平台概述
海洋平台简介
海洋工程项目是一个庞大的科技系统工程,而主要针对海洋石油开采而言的海洋工程装备包括油气钻采平台、油气存储设施、海上工程船舶(海洋地质勘探船、供应船、拖船、起重船、打捞救助船、海底电缆铺设船、铺管船) 等。这其中的海洋平台是集油田勘探、油气处理、发电、供热、原油产品储存和外输、人员居住于一体的综合性海洋工程装备,是实施海底油气勘探和开采的工作基地。
海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵,特别是与陆地采油设备相比,它所处的海洋环境十分复杂和恶劣,台风、海浪、海流、海冰和潮汐还有海底地震对平台的安全构成严重威胁。与此同时,由于环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、构件材料老化、缺陷损伤扩大以及疲劳损伤累积等因素都将导致平台结构构件和整体抗力逐渐衰减,影响平台结构的服役安全性和耐性。因此,海洋平台的设计与制造只有在一个整体提高与进步的基础上才能完成。
海洋平台分类
(1)按运动方式可分为固定式与移动式两大类,如图1所示:
(2)按使用功能的不同可分为钻井平台、生产平台、生活平台、储油平台、近海平台等。
一、桩基式导管架平台
导管架平台是由打入海底的桩柱来支承整个平台,能经受风、浪、流等外力作用。由上部结构(即平台甲板)和基础结构(包括导管架、桩)组成。
平台甲板的尺寸由使用工艺确定;
桩数、桩长、桩径由海底地质条件及设计荷载决定;
导管架立柱的直径取决于桩径;
导管架立柱水平支撑的层数取决于立柱长细比的要求。
固定重力式平台
重力式平台是依靠自身重量维持稳定的固定式平台,由上部结构、立柱和基础结构三部分组成。
基础分为整体式和分离式两种:
(1)整体式基础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫。
(2)分离式基础用若干个分离的舱室做基础,它对地基适应性好,受力状况好。
三、顺应式平台
与固定平台相似,均具有支撑水面设施的导管架钢制结构;但会随水流或风荷载移动。
水上设施包括钻井、生产及生活楼模块;
支撑结构包括下部与上部两部分;
下部导管架借助重量,通过2~6个插入泥面以下数百英尺的桩固定于海底。
应用水深可达900~1000m,最佳工作水深在200~650m;
整体式基础多建造在密实的砂土上;分离式基础的面积取决于地质条件;
立柱的间距随水深而变,对地基和水深的适应性强,可用于地质条件较差的场合。
四、自升式钻井平台
组成:一个上层平台和数个能够升降的桩腿;
工作过程:移航时桩腿升起,至井位后,船体升高作业,桩腿下降插入海底;
适用水深与海底条件:大陆架200m以内水深,硬土区、珊瑚区、不平整海底;
桩腿长度是自升式钻井平台的关键参数;
桩腿结构形式有柱体式和桁架式两类;
常用的桩腿数量为3根或4根。
半潜式钻井平台
半潜式平台是大部分浮体在水面以下的小水线面的移动式平台,由坐底式平台演变而来。由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。
平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,主柱与主柱之间相隔适当距离,以