深水半潜式钻井平台总体强度分析_白艳彬

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深水半潜式钻井平台冗余强度评估

栽荷施加到结构模型上，过结构有限元计算分析获得了总体结构的应力计算结果和应力分布趋势，过对比通通
完整结构与破损结构的最大应力的变化，半潜式钻井平台的破损强度进行了评估。对
关键词：深水半潜式钻井平台；构模型；限元；力分布；余强度结有应冗
中图分类号：Ｐ５７１文献标识码：Ａ
ＳｕｙｏｄｎａｃｔｅｔｆｔｅＤｅｐｔｄｎＲｅｕｄｎｙＳｒｎｇｈｏｈｅｗａｅｅｉＳｕｍｅｓｂｅｔｒＳｍ — ｂｒｉｌ
ＡｂｔａｔＩｄｒｔｔｄｙｒｄｄａｃｔｅｔｆｔｅｄｅｐａｅｅｉｓｂｍｅｓｂｌｉｌｓｒｃ：ｎｏｒｅｏｓｕｅｕｎｎｙｓｒｎｇｈｏｈｅｗｔｒｓｍ — ｕｒｉｅｄｒｌ— ｉｇｒｇ，ｄｍａｅｔｕｔａｏｄｌｉｉｔｂｎｉａｇｄｓｒｃｕｒｌｍｅｓｂｕｌｙＳＥＳＡＭｏｔｒ．ＡｃｏｄｎｇｔｕｒｉａｏｉｓｆｗａｅｃｒｉＯｓｖｖｌｃｎｄ — ｔｏｎｄｓｇａｒｍｅｅｓ，ｓｘｗａｅｌａｎｓｒｖｌｃｎｄｔｎａｅｃｌｕａｅｉｅｉｎｗｖｅｐａａｔｒｉｖｏｄｓｉｕｖｉａｏｉｏｒａｃｌｔｄ，ａｈｎｔｙｎｄｔｅｈｅａｅａｐｌｅＯｔａａｄｓｒｃｕａｏ１Ｔｈｅｓｒｓｎｄｉｓｄｓｒｂｕｉｎｔｅｄａｅｇｔｅｒｐｉｄｔｈｅｄｍｇｅｔｕｔｒｌｍｄｅ．ｔｅｓａｔｉｔｉｔｏｒｎｒｏｔｎｂｉｉｅｅｅｅｎｌｓｓＴｈｒｕｇｏｒｓｉｈｅｃａｅｏａｉｕｍｔｅｓｂｅｗｅｎｄａ — ｙｆｎｔｌｍｎｔａａｙｉ．ｏｈｃｎｔａｔｎｇｔｈｎｇｆｍｘｍｓｒｓｔｅｍａｄｓｒｃｕｅａｏｐｌｔｔｕｔｒｇｅｔｕｔｒｎｄｃｍｅｅｓｒｃｕｅ，ｅａｕｔｏｅｎｄｎｃｔｅｇｔｅｉｓｂｅｓｂｅｖｌａｉｎｏｆｒｄｕａｙｓｒｎｈｏｆｓｍ — ｕｍｒｉｌｄｉｌｎｇｒｇｉａ．ｒｌｉｉｓｍｄｅＫｅｗｏｄｙｒｓ：ｄｅｅｐｗａｅｅｉｓｂｍｅｓｂｌｉｌｎｉｓｒｃｕｒｌｍｏｌｆｎｔｌｍｅｔｔｒｓｍ — ｕｒｉｅｄｒｌｉｇｒｇ；ｔｕｔａｄｅ；ｉｉｅｅｅｎ；

新型深水干树半潜平台选型及总体性能分析研究

关键词：干树半潜平台；主尺度选型；稳性；垂荡控制；整体运动性能；系泊设计
０引言
半潜式平台作为典型的深水浮式平台之一，已有４０多年的发展历程，其在全球的总数量仅次于ＦＰＳＯ，而且已经从最初的第一代发展到了现在的第六代，最大作业水深可达３６５８ｍ，最大钻探深度可达１５２４０ｍ。世界深水半潜式平台主要工作海域有：墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚等地；
海油气商业开采提供新的参考。图１为新型深水干树半潜平台。
图１新型深水干树半潜平台
１新型干树半潜平台创新点
普通半潜式平台虽有很多显著优点，但也有明显不足，即：垂向运动往往比较大，这是造成干采油树系统不能在普通半潜式平台上应用的原因之一。因此，减小平台的垂向运动是半潜式平台设计中
新型深水干树半潜平台选型及总体性能
分析研究
罗勇，高巍，申辉，齐晓亮，朱为全，张益公，王铭飞
（北京高泰深海技术有限公司，北京１０００ｌ１）
摘要论文提出一种新型的干树半潜浮式生产平台概念。其创新点是把平台的立柱和甲板分开，从而使平台
此维修方便，易于管理，还省去了将海底采油树回接到平台上体的设备硬件费用。
目前，深水广为使用的、采用干树形式的深水浮式平台主要有ＴＬＰ、ＳＰＡＲ。在水深超过１５００ｍ后，由于ＴＬＰ平台筋腱的造价急剧上升而导致整体造价不经济；Ｓｐａｒ平台由于整体型深较长，船体（ｈｕｌ１）部分安装时必须采取横向拖航、扶正等步骤，上部组块的安装则必须在海上吊装（或者浮托安装），整个平台的安装周期较长，且存在一定风险ｌ】￣２Ｊ。综合考虑以上因素，现采用新型深水干式井技术的半潜式生产平台不仅具有干树井口的优点，而

半潜式钻井平台强度分析及局部结构改造的开题报告

半潜式钻井平台强度分析及局部结构改造的开题报告一、题目半潜式钻井平台强度分析及局部结构改造二、研究背景与意义半潜式钻井平台是一种用于海上油气开采的重要工具，其对于保障海上油气生产具有至关重要的作用。

在海上工作环境的复杂性和龙卷风、大浪、台风等天气条件下，半潜式钻井平台需要具备足够的强度和稳定性。

同时，由于海上钻井平台工作周期较长，需要不断更新维护，局部结构改造也是常态。

因此，对半潜式钻井平台的强度分析及局部结构改造的研究具备重要意义。

通过强度分析，可以为半潜式钻井平台的设计、建造和运行提供科学依据，以确保其在恶劣海况下的安全可靠；通过局部结构改造，可以提高钻井平台的性能和效率，降低运营成本，提高生产效率和经济效益。

三、研究内容和方法1. 半潜式钻井平台的力学特性和结构形式；2. 半潜式钻井平台的强度分析方法，包括结构静态分析、动态分析、非线性分析等；3. 半潜式钻井平台局部结构改造的设计与分析方法，包括强度分析、材料选择、结构优化等；4. 基于ANSYS软件对半潜式钻井平台进行强度分析和局部结构改造的仿真分析。

四、研究预期结果本研究的预期结果为：1. 分析半潜式钻井平台的力学特性和结构形式，深入了解半潜式钻井平台的结构特点和受力情况；2. 掌握半潜式钻井平台的强度分析方法和局部结构改造的设计与分析方法，建立半潜式钻井平台的强度分析模型，为局部结构的改造提供技术支持；3. 利用ANSYS软件进行半潜式钻井平台的仿真分析，得到半潜式钻井平台的应力云图和变形云图，为设计、建造和运营提供科学依据。

五、研究工作计划本研究工作计划分三个阶段进行：1. 第一阶段（2个月）：对半潜式钻井平台的力学特性和结构形式进行深入研究，建立半潜式钻井平台的强度分析模型；2. 第二阶段（4个月）：运用ANSYS软件进行半潜式钻井平台的强度分析和局部结构改造的仿真分析，得出应力云图和变形云图；3. 第三阶段（2个月）：对仿真分析结果进行分析，提出半潜式钻井平台局部结构优化方案，制定实施方案并进行改造验收。

深水半潜式钻井平台波浪载荷预报与结构强度评估

当重要的地位。当陆上油气资源经过长期、规模大开发之后，世界范围内的油气勘探与开发已转向了
究阶段，采用半潜式平台进行深海勘探钻井是发展
趋势。
世界上各主要深水油田的海洋环境通常都较为恶劣，并且半潜式平台与一般航行船舶不同，在遇到恶劣海况时不能规避，因而在结构设计阶段必须要考虑其在生命期内可能要遭遇的极限海况，具备要足够的强度抵御 “ 年一遇 ” 百的恶劣海况，以保障平台上的人员以及设备的安全。目前，大船级社规各
程进行了归纳与总结。
［中图分类号］６１４Ｕ６．３
［文献标识码］Ａ
［文章编号］０１— ８５２０）２— ０３— ６１０９５（０７００３０
Ｗａｅｌａａｃｌｔｏｎｄｓｒｃｕａｔｅｇｈａｓｓｍｅｔｖｏｄｃｌｕａｉｎａｔｕｔｒｌｓｒｎｔｓｅｓｎｆｒｄｅｗａｅｅｉｓｂｅｓｂｅ０ｅｐｔｒｓｍ．ｕｍｒｉｌ
ＡｂｔａｔＩｔｉｐａｅ，ｔｅｓｒｃ：ｎｈｓｐｒｈｗａｅｏｄａｃｌｔｎｎｓｒｃｕａｓｒｎｔａｓｓｍｅｔｏａｅｐｔｒｅ－ｖｌａｃｌｕａｉａｄｔｕｔｒｌｔｅｇｈｓｅｓｎｆｒｄｅｗａｅｓｍｉｏｓｍｅｓｂｅｄｌｉｇｕｉｉｃｒｉｄｏｔｗｉｈｅｃｍｂｎｔｎｏｈｏｅｉａｎｌｓｓａｄｌｔｓ，ｗｈｃｒｖｄｕｂｒｉｌｒｌｎｎｔｓａｒｅｕｔｔｏｉａｉｆｔｅｒｔｌａａｙｉｎｄｍｏｅｅｔｉｈｏｃｉｈｐｏｉｅｔａｉｏｈｔｔｒｌｄｓｇｆｔｅｄｌｉｇｕｎｔＡｔｔａｅｔｅ，ｔｎａｙｉｍｅｈｄａｄｐｏｅｕｒｆｔｅｈｅｂｓｓｆｒｔｅｓｒｕａｅｉｎｏｈｒｌｎｉ．ｈｅｓｍｉｕｃｉｍｈｅａｌｓｓｔｏｎｒｃｄｅｏｈｗａｅｌａａｃｌｔｎａｄｓｒｃｕａｔｅｇｈａｓｓｍｅｔｆｒｄｅｗａｅｅ — ｕｍｅｓｂｅｄｌｉｇｕｉｓａｅｉｌｓｒｔｄｖｏｄｃｌｕａｉｎｔｔｒｌｓｒｎｔｓｅｓｎｅｐｔｒｓｍｉｓｂｒｉｌｒｌｎｎｔｒｌｕｔａｅｏｕｏｉａｄＳｍｍａｅｎｔ１Ｉｚｄ．

深水半潜式钻井平台波浪载荷预报与结构强度评估

深水半潜式钻井平台波浪载荷预报与结构强度评估
张海彬;沈志平;李小平
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2007(000)002
【摘要】采用理论分析和模型试验相结合的方法,对一深水半潜式钻井平台进行了波浪载荷预报和结构强度评估,进而为平台结构设计提供了参考依据.同时,对半潜式平台波浪载荷预报和结构强度评估的分析方法和流程进行了归纳与总结.
【总页数】6页(P33-38)
【作者】张海彬;沈志平;李小平
【作者单位】708研究所,上海,200011;708研究所,上海,200011;708研究所,上海,200011
【正文语种】中文
【中图分类】U661.43
【相关文献】
1.深水半潜式钻井平台关键部位波浪载荷敏感性分析 [J], 白艳彬;刘俊;张朝阳;粟京;刘华祥
2.两种典型深水半潜式钻井平台运动特性和波浪载荷的计算分析 [J], 王世圣;谢彬;冯玮;谢文会
3."南海2号"半潜式钻井平台深水改造方案运动响应和波浪荷载分析 [J], 何炎平;谭家华
4.深水钻井船波浪载荷预报 [J], 郭兴乾
5.南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究 [J], 赵鹏飞;夏利娟;崔红奎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

深水半潜式平台极限状态强度分析研究

178半潜式平台是海洋油气开发的主要装备之一。

半潜式平台具有抗风浪能力强、甲板面积和可变载荷大、适应水深范围广等多个优点[1-2]。

半潜式平台可被用于钻井、采油以及海上风电等多种场景。

近年来越来越多的半潜式平台下水，尤其是中国海洋工程快速挺进深海后，多艘半潜平台相继在中国南海投产运营。

如何确保平台有足够的强度应对恶劣的海洋环境，是深水尤其开发首先要解决的问题[3-4]。

本文结合某平台的工程设计的实例，采用ANSYS对深水半潜式平台极限状态强度评估技术进行探讨和研究。

并以南海某平台为目标，采用此评估技术进行极限强度的评估[5-6]。

1 平台模型概述1.1 平台主体结构该半潜式平台由四个立柱和立柱之间的浮筒组成.立柱对两层甲板的上部模块及其生产设备进行支撑。

四个浮筒通过纵横水密舱壁和通道划分为四个压载舱。

每一个节点由一个L型的压载舱、一个小的矩形压载舱和一个机械间组成。

立柱的内部空间由水密舱壁被划分为不同的储油舱、空舱、竖井通道等。

船体高度超过50m，立柱高50m，整体水平方向尺寸超过90m。

1.2 平台有限元模型1.2.1 上部组快模型中使用BEAM188梁单元和SHELL181板壳元对上部组块梁板构件进行模拟，并使用MASS21模拟相关重量，以提供准确的刚度和质量。

1.2.2 平台结构半潜式平台主船体由4个浮筒、4个节点和4个立柱构成。

SHELL181单元将用于模拟主结构上的板材，如外板、平板、大梁腹板、桁条腹板和舱壁。

BEAM188单元用于模拟加强筋、大梁翼缘。

LINK180用于模拟浮筒腹板框架和节点、立柱大梁腹板。

MATRIX27用于模拟系泊、立管和脐带缆。

MASS21用在舱底或舱壁上，模拟装载和压载。

1.2.3 边界条件系泊、立管和脐带缆对平台的边界约束作用，由弹簧单元MATRIX27来模拟实现。

模型中对28根系泊、立管和脐带缆进行了模拟。

弹簧刚度由整体性能分析提供。

MATRIX27单元的一端连接到船体结构上，而另一端则固定约束作为船体的边界条件。

深水半潜式钻井平台典型节点强度研究

２６６
中国海上油气
图２目标平台主体结构表１目标平台吃水、水量及回转半径排
图３
目标平台３Ｄ波浪载，平台垂荡在
自由度上加上了３的临界阻尼。研究认为，％目标平台受到最大横向撕裂力、大横向扭矩、大纵向最最
剪切力时各连接节点受力情况最恶劣Ｅ５。考虑目４］－标平台作业海域的环境条件，用设计波随机计算利方法 ” 究确定平台在生存、研作业、航状态下受拖
第２２卷第４期
２）０年８月（１
中国海上油气
ＣＨＩＡ（ＦＦＳＨＯＲＥ（ＩＡＮＤＮ））ＩＧＡＳ
Ｖｏｌ２２Ｎｏ４－．
Ａｕ２０１ｇ．０
深水半潜式钻井平台典型节点强度研究
谢文会谢彬
（中海油研究总院深水ｌ程蘑点实验室）Ｉ
摘要基于ＳＳＥＡＭ软件，出了深水半潜式钻井平台典型节点强度分析方法，利用该方法研提并究了目标平台立柱与撑杆连接处节点强度性能。首先进行平台危险波浪载荷分析，到平台危险得波浪栽荷；然后进行危险波浪栽荷条件下的平台整体强度分析，定平台立柱与撑杆连接处节点结确构模型的载荷边界条件；最后依据分析确定的载荷边界条件及典型节点受到的波浪载荷进行局部

深水半潜式钻井平台冗余强度评估

深水半潜式钻井平台冗余强度评估王世圣;谢彬;谢文会【摘要】为评估深水半潜式钻井平台冗余强度,应用SESAM软件,建立了深水半潜式钻井平台破损结构的有限元模型,并依据生存工况计算设计波参数,通过计算获得生存工况下六种波浪载荷.然后再将设计波浪载荷施加到结构模型上,通过结构有限元计算分析获得了总体结构的应力计算结果和应力分布趋势,通过对比完整结构与破损结构的最大应力的变化,对半潜式钻井平台的破损强度进行了评估.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2010(025)003【总页数】5页(P26-29,51)【关键词】深水半潜式钻井平台;结构模型;有限元;应力分布;冗余强度【作者】王世圣;谢彬;谢文会【作者单位】中海石油研究总院,北京,100027;中海石油研究总院,北京,100027;中海石油研究总院,北京,100027【正文语种】中文【中图分类】P751深水半潜式钻井平台作为深水油气田开发的重要设备,长期在恶劣的海洋环境中作业,不时承受着海洋环境载荷的作用。

根据ABS设计规范[1]规定,深水半潜式钻井平台不仅在完整状态下具有足够的整体强度,而且在局部破损后仍能保证其整体不破坏。

因此,我们不但需要对半潜式钻井平台进行总体结构强度分析,还需要进行冗余结构强度分析。

由于平台的对称性,在相同的工况条件下船艏和船艉的一根横撑破断对结构的影响相差不大。

一般半潜式钻井平台的冗余结构强度分析的假定条件是半潜式钻井平台船艏的一根横撑破断,冗余结构强度分析与总体结构强度分析一样,均采用有限元法进行。

分析工况采用生存工况。

本文建立了深水半潜式钻井平台破损结构的有限元模型,并按照百年一遇的生存工况计算波浪载荷,然后施加到结构有限元模型上,进行结构计算,同时根据计算结果对结构冗余强度进行了评估。

深水半潜式钻井平台的主体结构由两个旁通和四根立柱与之连接一起的立柱构成,立柱截面形状多为正方形或矩形。

半潜式钻井平台的壳体结构包括下浮体、立柱,它们都包含多个由纵横舱壁隔开的内部舱室,以及水密或非水密平台,且壳体、立柱和内部舱室壁板都设有很多纵、横加强筋予以加强。

半潜式修井平台的性能评估与改进研究

半潜式修井平台的性能评估与改进研究简介：随着石油的开发和需求不断增长，海上石油钻探平台作为石油勘探开发的重要设备之一，得到了越来越广泛的应用。

半潜式修井平台作为其中的一种类型，因其具有适应性强、稳定性好等优势，被广泛应用于海上石油勘探钻井作业中。

然而，为了确保其良好的性能和安全运行，对半潜式修井平台的性能进行评估与改进研究至关重要。

一、半潜式修井平台的性能评估1. 结构强度评估半潜式修井平台需要在海上恶劣的环境条件下工作，其结构要能够承受强风、大浪等不断变化的外力作用。

因此，对于平台的结构强度进行评估是必要的。

评估包括对平台的主体结构、井架结构等进行强度计算和分析，确保其能够在极端环境下保持稳定。

2. 水下稳性评估半潜式修井平台部分浸入水下工作，水下稳性评估是保证平台工作稳定性的关键。

评估包括对平台在水下的浮力、稳定性等方面进行分析，确保平台能够在波浪、洋流等外力作用下保持平衡，并能够承受液面变化等因素带来的力的变化。

3. 动力定位性能评估半潜式修井平台需要在海上保持良好的定位性能，以确保油井钻探过程的稳定进行。

动力定位性能评估包括对平台的动力定位系统进行评估和分析，确保平台能够通过系统自动控制，实现稳定的定位和良好的动力定位性能。

二、半潜式修井平台性能改进研究1. 结构设计改进为了提升半潜式修井平台的结构强度和稳定性，可以通过结构设计的改进来实现。

例如，采用更先进的材料和构造，增加平台的强度和抗风、抗浪能力，提高平台在恶劣环境下的稳定性。

2. 节能环保改进半潜式修井平台的能源消耗和环境影响是需要考虑和改进的因素。

可以通过采用节能的设备和技术，如高效能源利用系统、低排放发电设备等，来减少平台的能源消耗和环境污染，提高平台的节能环保性能。

3. 自动化控制改进为了提高半潜式修井平台的工作效率和安全性，可以通过改进平台的自动化控制系统来实现。

例如，引入先进的无人驾驶技术、自动监测系统等，提高平台的自动化程度和运行效率，减少人力和操作风险。

深水半潜式钻井平台总体强度分析_白艳彬

(上海交通大学 , 上海 200240)
摘要 :以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象 , 依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动 , 采用谱分析法确定设计波参数 , 进行了自存、作业等装载情况下 21 个波浪工况的波浪载荷预报 , 并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果 , 提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素 , 可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。
液舱模型用来模拟液货对平台质量的贡献及结构计算时将液
舱的水动压力映射到结构模型。
结构模型与水动力模型使用右手直角坐标系 , 原点取在
平台中纵剖面与中横剖面相贯线与基面相交处。x 轴为纵向轴 , 从尾部指向首部为正 ;y 轴为横向轴 , 从中心线指向左舷为正 ;z 轴为垂向轴 , 从基面向上为正。
理论假设流体是均匀、不可压缩、无旋的理想流体 , 并且不计自由表面张力(简化自由表面边界条件), 在引入
微幅波假设后 , 简化为线性绕射理论。
基本方程为
ΔΥ=0
(1)
速度势分解为
Υ= ΥI +ΥR + ΥD
(2)
式中 :ΥI 为入射势 ;ΥR 为辐射势 ;ΥD 为绕射速度势。
计算波浪载荷的波面升高使用 Ai ry 波 , 波高表示为 z(x , y , t)= A · Re(ei[ ωt ) -k(xcosβ+ysinβ)]
表 1 自存工况设计波参数
计算工况
1 2 3 4 5 6 7
浪向波浪圆频率 /(°) /(rad/ s)
1 80
0 .65

半潜式钻井平台运动性能分析的典型装载工况选择方法

半潜式钻井平台运动性能分析的典型装载工况选择方法冯玮;杜庆贵;李迅科;粟京;颜波;朱征宇;宋林松【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2015(030)001【摘要】半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备之一,其运动性能直接影响到平台钻井作业能力,因而是计算分析的重点.设计初期阶段需要对若干代表性工况进行运动性能分析和对比,然而平台作业时装载工况多达几十种,不同的装载工况可能导致平台吃水以及重心位置的显著变化,因此就需要研究此类平台的运动性能在不同装载工况下的变化规律,进而选取平台最不利状态作为计算分析中需要重点关注的装载工况.该文以某深水半潜式钻井平台为研究对象,采用水动力分析软件对其不同装载工况下的运动性能进行计算和对比分析,获得了平台吃水以及重心高度对其运动幅值与加速度值的影响趋势,并对运动性能分析工况的选择提出了建议.【总页数】7页(P84-89,95)【作者】冯玮;杜庆贵;李迅科;粟京;颜波;朱征宇;宋林松【作者单位】中海油研究总院,北京100027;中海油研究总院,北京100027;中海油研究总院,北京100027;中国海洋石油总公司,北京100010;中海油田服务股份有限公司,北京101149;中海油田服务股份有限公司,北京101149;中海油田服务股份有限公司,北京101149【正文语种】中文【中图分类】P751【相关文献】1.基于典型工况试验的轮式装载机动力制造的匹配分析 [J], 韩英强;马涛;高鹏2.基于典型工况试验的装载机循环工况构建 [J], 常绿;徐礼超;吕猛;刘永臣;赵艳青3.城市道路行驶工况中典型路线选择方法研究 [J], 温敏;任平;陈彬4.基于典型工况试验的轮式装载机动力制造的匹配分析 [J], 韩英强;马涛;高鹏;5.两种典型装载工况下阿芙拉型油船振动特性预报与分析 [J], 瞿小凌;吴晨飞;付佳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

探讨深水半潜式钻井平台系统技术

探讨深水半潜式钻井平台系统技术1. 引言1.1 引言深水半潜式钻井平台系统技术作为海洋石油开发领域的重要组成部分，具有着重要的地位和作用。

随着海洋石油勘探开发的深入，深水环境下的钻井需求逐渐增加，对深水半潜式钻井平台系统技术提出了更高要求。

本文将从深水半潜式钻井平台系统技术的概述、发展历程、关键技术、应用案例以及挑战与解决方向等方面进行探讨，旨在全面了解该技术领域的最新研究成果和发展动态，为相关行业的从业者提供参考和借鉴。

深入研究深水半潜式钻井平台系统技术，实现海洋石油开发的高效、安全和可持续发展。

2. 正文2.1 深水半潜式钻井平台系统技术概述深水半潜式钻井平台是一种专门用于在深水区域进行钻探和开发工作的海上设施。

它的设计特点是具有较强的稳定性和适应性，能够在恶劣海况下保持良好的工作状态。

深水半潜式钻井平台通常由上部钻井设备模块和下部浮体模块组成，通过调节浮体的浮沉状态来实现钻井平台的位置控制。

该类型的钻井平台具有较大的工作甲板面积，可供钻井设备、储备物资以及作业人员使用。

它还配备了先进的动力系统和定位系统，保证了在深水环境中的稳定性和安全性。

深水半潜式钻井平台还具有较高的钻井效率和作业自动化程度，可以快速、精确地完成钻井作业。

随着深水区域的勘探和开发活动不断增加，深水半潜式钻井平台系统技术也在不断创新和完善。

未来，随着技术的不断进步，深水半潜式钻井平台将更加安全、高效地为深水油气勘探和开发提供支持。

2.2 深水半潜式钻井平台系统技术发展历程深水半潜式钻井平台系统技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代，当时开始出现了第一代深水钻井平台。

这些平台使用传统的钻井设备和技术，但仍面临着海洋环境恶劣、水深限制等问题。

随着海洋石油勘探开发的迅速发展，对深水钻井平台系统技术的需求也日益增加。

在20世纪80年代，随着半潜式钻井平台的出现，深水钻井技术迎来了一个重要的发展阶段。

这种平台结合了浮式平台和固定式平台的优点，能够适应不同水深和海洋环境，提高了钻井作业的效率和安全性。

超深水半潜式钻井平台设计的技术创新分析

1861 创新超深水半潜式钻井平台设计技术的必要性随着经济的不断发展，市场对油气的需求也在不断的增加，但是在全球范围内重大的油气田几乎都位于深水区，我国的油气田也不例外。

在开发超深海油气资源时要运用超深水半潜式钻井平台，这是因为超深水半潜式钻井平台在深海中的作业效率非常高，而且超深水半潜式钻井平台还能适应各种环境。

所以，我国深海油气的开发需要借助超深水半潜式钻井平台的帮助，随着科技的不断发展，在深海中进行油气开发局必须创新超深水半潜式钻井平台设计技术，只有这样才能不断地提高开采效率，保证油气供需的平衡，促进我国油气开采技术的发展。

2 创新超深水半潜式钻井平台设计的关键技术超深水半潜式钻井平台工作流程十分复杂，而且超深水半潜式钻井平台的结构也非常复杂，所以在进行超深水半潜式钻井平台设计技术创新时要从超深水半潜式钻井平台总体的性能和结构强度等方面进行分析，以下是对超深水半潜式钻井平台技术创新关键环节与关键技术的介绍。

2.1 超深水半潜式钻井平台甲板荷载的计算方法超深水半潜式钻井平台甲板的可变荷载是衡量超深水半潜式钻井平台性能的关键性指标之一，所以在创新超深水半潜式钻井平台设计技术时，要掌握超深水半潜式钻井平台甲板荷载的计算方法。

这是因为深水钻井在实际的作业中，深水井作的业区域会随着水深和井深的增加渐渐远离陆地，当作业区域距离陆过远时，就会给钻井工作的后勤供应带来一定的困难，所以在创新超深水半潜式钻井平台设计时，要考虑甲板的荷载，保证超深水半潜式钻井平台的荷载能够满足钻井工作的储存需要。

想要保证超深水半潜式钻井能够正常工作，超深水半潜式钻井平台的甲板承载力必须满足一口深水井作业的需要。

目前，在超深水半潜式钻井平台创新设计中还没有规范的标准为甲板可变载荷的计算提供指导，通常情况下在计算甲板可变荷载时都是通过类比的方法，依靠计算者的经验进行估算，这种计算方法不能准确的计算甲板的载荷，还存在很大的漏洞。

如果估算的值过大就会加大建设的资金投入，如果估算的值过小就不能保证超深水半潜式钻井的作业需要。

恶劣海况下半潜式钻井平台工作性能分析

恶劣海况下半潜式钻井平台工作性能分析作者：朱万军辛鹏李亚东来源：《装饰装修天地》2017年第22期摘要：面对国家对油气资源的需求量增大，油气的开发更多地将日光投向海洋。

面对着陆地资源日益枯竭的现状，各个国家纷纷把开采资源的目光投向了海洋之中，国际海洋资源争夺的现状表明，谁拥有海洋高技术，谁就能在维护海洋权益和开发海洋资源的竞争中捷足先登；尤其是海洋油气资源的开采。

海洋油气开采发展到现在已经有50多年的历史，在公海中谁有能力开发海洋资源，海洋资源就属于谁。

油气开采的钻井技术也有了较大的发展，特别是半潜式钻井平台在深海作业中的广泛应用。

为维护国家海洋主权，获得应有的海洋权益，不仅依赖军事，更关键取决于海洋工程装备的技术实力。

半潜式钻井平台是一种用途广泛的特种海上结构物，是海洋油气资源开发的主力装备之一，本文就恶劣海况下半潜式钻井平台的工作性能作出分析，为半潜式钻井平台的发展提供参考。

半潜式钻井平台技术难度高、附加值大，其设计建造反映了一个国家在海洋油气开发装备上的研发水平。

关键词：恶劣海况；半潜式；钻井平台；工作性能1 恶劣海况对于半潜式钻井平台的影响随着陆地上的资源日益枯竭，人们纷纷将目光投向海洋之中，海洋约占地球总面积的71%，海洋中的资源丰富，尤其是能源资源，如油气等。

人们对于海洋油气资源的开采已经有50多年的历史，开采的海域也从浅海海域深入到深海海域。

深海海域油气资源的开采主要是通过钻井平台来进行的，半潜式钻井平台为深海海域油气资源的开采提供了便利，目前的半潜式钻井平台已经可以在3000m以下的深海进行开采作业。

半潜式钻井平台已经成为了深海钻井平台发展的重要方向，但也正是因为如此，半潜式钻井平台长期在深海作业，经常遇到恶劣的海况环境，恶劣海况中的风浪海流，都给半潜式钻井平台的安全性和稳定性带来影响。

恶劣海况环境会给半潜式钻井平台造成影响，长期在恶劣海况中作业，半潜式钻井平台非常容易出现疲劳损坏的情况。

深水半潜式钻井平台关键部位波浪载荷敏感性分析

筮．
ｃｓＨｏｈｋ
Ｉｅ￣ｋｃ＋ｓ）ｍ（ｉｔｏｙｆ）［ｃｓ］－ｘＢｉｎ１
… ” （）１
式（）：为遭遇波浪的波幅；为遭遇波浪频率；１中Ａ为浪向角；ｋ为波数；为水深。Ｈ根据入射波速度势得到二维波面方程
白艳彬刘俊张朝阳粟京刘华祥
（上海交通大学海洋工程国家重点实验室；２１．中国海洋石油总公司）
摘要以我国第一艘拥有自主知识产权的第６代深水半潜式钻井平台为目标平台，于线性三基维绕射理论，用线性载荷谱分析法和有限元法，前人进行总体强度分析的基础上，采在选取２个典型组合工况分析了连接平台主体结构的关键部位对波浪载荷的敏感性，分析结果可为半潜式平台
第２２卷第５期
白艳彬等：水半潜式钻井平台关键部位波浪载荷敏感性分析深
３５４
（＝１ … ，）为平台６个自由度的摇荡运动的幅ｉ，６，
位系统。工作海域为中国南海，作业水深３０１ｍ，０）
波浪谱采用Ｊｎｗａ谱，ｏｓｐ波陡参数生存工况取２４．，
一
与疲劳寿命分析口。等研究。深海平台管节点的疲劳问题是发生结构失效的重要问题ｌ］对于不存在＿，４
复杂管节点的深水半潜式钻井平台而言，总体强其

3000m水深半潜式钻井平台关键技术综述

3000m水深半潜式钻井平台关键技术综述谢彬王世圣冯玮付英军（中海石油研究中心）摘要：深水半潜式钻井平台是深水油气田开发的主要装备之一，它的研制涉及到多项关键技术，主要包括：总体设计技术、系统集成技术、平台定位技术、总体性能分析技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、以及平台建造技术、深水模型试验技术等，本文概述了深半潜式钻井平台关键技术与相关的关键技术难点，能够帮助有关技术人员对深水半潜式钻井平台关键技术有一个全面的了解。

关键词：深水半潜式钻井平台；关键技术；总体设计；系统集成；计算分析Summaries on Key Technology of the 3000 m DeepwaterSemi-submersible Drilling RigXIE Bin， WANG Shisheng， FENG Wei， FU Yingjun（CNOOC Research Center）Abstract: Deepwater semi-submersible drilling rig one of kinds of main equipments in exploitation of deepwater oil and gas field. Its development will deal with many of key technologies .They mainly include the macro design system integration, location keeping, calculation and analysis of macro characteristic, analysis of structure and fatigue strength and manufacturing ,model test. This paper summarizes key technologies and points for deepwater semi-submersible drilling rig, and can assist relational technician by understanding in the round the key technology of deepwater semisubmersible drilling rig.Key Words: Deepwater semi-submersible drilling rig, Key technology, Macro design, System integration, Calculation and analysis1 前言海上深水油气田的开发依赖深水海洋工程装备，3000m深水半潜式钻井平台是实施海上深水油气田开发必备装备之一。

219467646_深水半潜平台结构应急响应研究与应用

深水半潜平台结构应急响应研究与应用①高畅(中国船级社海工技术中心,天津 300457)摘要针对深水半潜式钻井平台典型的结构安全事故或突发事件,阐明了深水半潜式钻井平台结构主要安全风险;建立了一套闭环的结构应急响应体系,包括应急响应前数据动态管理㊁应急响应机制㊁应急响应后事故跟踪等㊂针对典型事故,提出深水半潜平台结构风险应急响应分析内容及推荐方法,为平台结构的安全运营和风险管控提供技术支持㊂关键词深水半潜式平台;应急响应;数据动态管理;抗台风;波浪砰击;剩余强度中图分类号:P 752 文献标识码:A 文章编号:20957297(2023)009506d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.15S t r u c t u r a l E m e r g e n c y R e s p o n s e A n a l y s i s a n d A p pl i c a t i o n f o r D e e p-w a t e r C o l u m n S t a b i l i s e d U n i t s G A O C h a n g(O f f s h o r e E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C e n t e r ,C h i n a C l a s s i f i c a t i o n S o c i e t y ,T i a n ji n 300457,C h i n a )A b s t r a c t A i m i n g a t t h e t y p i c a l s t r u c t u r a l s a f e t y a c c i d e n t s a n d e m e r g e n c i e s o f d e e p-w a t e r c o l u m n s t a b i l i s e d u n i t s ,i n t h i s p a p e r t h e m a i n s a f e t y r i s k s o f p l a t f o r m s t r u c t u r e a r e e x p o u n d e d ,a c l o s e d -l o o p s t r u c t u r a l e m e r g e n c y r e s po n s e s y s t e m i s e s t a b l i s h e d ,w h i c h i n c l u d e s d y n a m i c d a t a m a n a g e m e n t b e f o r e t h e e m e r g e n c y r e s p o n s e ,e m e r g e n c yr e s p o n s e m e c h a n i s m ,a n d a c c i d e n t t r a c k i n g a f t e r e m e r g e n c y r e s p o n s e ,e t c .F o r t y pi c a l a c c i d e n t s ,t h e c o n t e n t s a n d r e c o m m e n d e d m e t h o d s o f s t r u c t u r a l r i s k e m e r g e n c y r e s p o n s e a n a l y s i s o f d e e p -w a t e r c o l u m n s t a b i l i s e d u n i t s a r e p u t f o r w a r d .T h e p r o p o s e d m e t h o d s c a n p r o v i d e u s e f u l g u i d a n c e t o t h e p l a t f o r m o pe r a t o r s .K e y wo r d s d e e p -w a t e r c o l u m n s t a b i l i s e d u n i t s ;e m e r g e n c y r e s p o n s e ;d y n a m i c d a t a m a n a g e m e n t ;t y p h o o n r e s i s t a n c e ;w a v e i m p a c t ;r e s i d u a l s t r e n gt h 0 引言纵观我国海洋石油开发发展历程,前期主要集中在浅海海域,在技术㊁作业和管理方面积累了很多经验,现行的监管体系也相对比较成熟㊂随着海洋经济快速发展,对能源的需求日益增加,海洋油气开发利用逐步走向深海[1]㊂作为一种重要的海上移动式平台,半潜式平台具有运动性能良好㊁适应较恶劣的海况条件㊁工作水深大㊁可变载荷高等显著优点,在深水海域石油勘探开发领域发挥着非常重要的作用[2㊁3]㊂然而,深远海海域作业环境更为恶劣,难以避免的安全事故或突发事件导致平台结构受损㊁环境污染㊁人员伤亡㊁不良社会影响等后果㊂加之深海石油开发所需的技术更为先进,平台布置和使用的设备系统更加复杂,离岸较远㊂一旦发生事故,救援和处置的难度均较大㊂因此,深海浮式结构物作业安全问题一直倍受行业的深切关注㊂根据世界海洋工程事故数据库W O A D (w o r l do f f s h o r e a c c i d e n t d a t a b a s e)统计数据显示,半潜式钻井平台的较大型事故有近200起,包括锚泊失效㊁疲劳断裂㊁平台碰撞㊁倾斜㊁火灾㊁爆炸㊁井喷等十余大类㊂由于极端天气及结构问题引发的事故占事故总数的①作者简介:高畅(1985 ),女,高级工程师,主要研究方向为海洋工程结构物设计与安全保障技术,E m a i l :g a o c h a n g@c c s .o r g.c n ㊂第10卷第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃96㊃海洋工程装备与技术第10卷一半左右[4]㊂由于作业环境较为恶劣,深水半潜平台更加难以避免各类结构安全事故或突发事件,例如遭遇强台风㊁巨浪砰击导致结构损坏㊁碰撞导致的结构损坏及稳性丧失等㊂因此,建立一套科学㊁完善的应急响应体系尤为重要㊂面对突如其来的事故时,可通过迅速启动应急响应,准确㊁高效地完成紧急事故分析及剩余能力评价,为平台管理者的科学决策提供技术支持,实现对平台结构的安全运营和风险管控㊂1 应急响应流程深水半潜平台应急响应服务是指按照预先设定的应急响应机制,建立针对特定平台的结构风险控制数值模型储备及动态数据管理系统,当平台处于紧急或遇险状态(如发生碰撞㊁波浪砰击等事故)时,迅速启动应急响应数据库,进行破损稳性㊁破损强度㊁剩余能力等方面的计算分析,根据分析结论给出指导性建议,为协助平台脱离危险提供技术支持,为操作者最终决策提供参考意见[5]㊂深水半潜平台应急响应一般流程如图1所示㊂作为平台全生命周期结构风险控制的重要组成部分,应急响应体系应包括日常数据管理㊁报告事故信息㊁启动平台结构应急响应分析㊁给出技术分析结论及应急处理建议㊁事故跟踪及应急响应后管理㊂整个系统从应急响应前动态数据管理到应急响应后数据跟踪,形成一个可重复性应用的闭环,随时服务于平台整个营运周期㊂图1 深水半潜平台应急响应流程F i g .1 E m e r g e n c y R e s po n s e P r o c e s s f o r S e m i -s u b m e r s i b l e P l a t f o r m2 应急响应前准备工作应急响应的特点是在尽量短的时间内做出反应㊂因此,在应急响应前,应根据平台的实际情况,建立详细的数据储备,并进行动态管理,为突发情况的快速反应奠定前期基础㊂根据相应的图纸资料,将平台信息录入深水半潜平台结构风险控制数据库,建立平台信息档案及相应的模型储备,并根据平台最新状态实时更新数据信息,实现数据信息动态闭环管理㊂应急响应前数据管理系统所需的图纸和资料主要包含:①特征数据类:主要包括平台原始总体布置图㊁平台结构图㊁材料说明㊁甲板载荷图㊁操作手册及相关建造数据㊂②状态数据类:平台历次改造数据㊁检验数据㊁损伤评估数据㊁测厚数据㊁腐蚀数据㊁平台评估资料㊁加强/改造/修理数据等㊂根据以上图纸资料,建立平台数字化结构模型储备数据库㊂即应用数字化分析软件,建立平台结构模型,主要包括平台整体几何模型㊁整体结构有限元模型㊁平台局部几何模型㊁局部结构有限元模型㊁整体水动力分析模型㊁破损稳性分析模型㊂3 报告事故信息针对在役的深水半潜式平台,编制相应的应急手册,包括启动应急响应的基本程序㊁船东的注意事项㊁事故报告表等内容㊂当突发事件发生时,根据应急手册的指导,迅速启动应急程序,提供突发事件的详细描述㊁当时的外部条件以及平台的具体损伤情况等㊂事故报告信息包括但不限于例表1所示的具体内容,主要涵盖平台基本概况㊁事故的详细经过㊁事故造成的后果或损失㊁已采取的基本措施以及申请应急响应的具体需求等㊂可根据事故的具体情况以及申请应急响应的具体需求可适当增减㊂需尽可能详细地提供事故现场的相关情况,便于应急响应分析㊂如果现场情况紧急,可在保证应急响应服务基本需求的前提下,根据实际情况分阶段报告或做相应的简化处理㊂表1 事故报告基本内容例表T a b .1 E x a m p l e t a b l e o f b a s i c a c c i d e n t r e po r t c o n t e n t s 项目详情平台名称日期2021年9月23日第2期高畅:深水半潜平台结构应急响应研究与应用㊃97㊃(续表)项目详情平台概况第四代半潜式钻井平台,中国籍移动平台,持有C C S及D N V双船级证书㊂设有2个下浮体,4根立柱,立柱间有横向撑管,4根立柱共同支撑上船体㊂主甲板上设有钻台㊁井架㊁吊车等钻井设备以及生活楼㊁直升机甲板等设施㊂人员伤亡情况/平台受损情况/其他后果/详细经过南海作业期间遇强风暴来袭,平台作业水深为1500m,预报的风暴条件最大有义波高可达13.5m㊂但平台紧急撤离存在困难,可否原地抗台风,需要尽快做出应对决策㊂现场照片/原因初步分析/目前已经采取的基本措施暂停作业,平台转换为抗风暴模式㊂申请应急响应具体需求根据预报的台风条件,对平台抗风暴能力进行评估,计算平台的运动响应,校核平台极限强度及漂浮稳性是否满足规范要求,判断平台是否能够采取措施进行原地抗台㊂其他需要说明的情况/4应急响应分析内容接到应急响应任务后,立即启动深水半潜平台结构风险控制数据库㊂调用平台日常管理动态数据及储备模型,输入事故报告信息,对平台稳性㊁强度等方面进行技术评估,并向船东提供技术分析结论和应急处理建议㊂典型事故的具体分析内容可包括但不限于图2中的内容,需根据事故现场实际情况酌情增减㊂应急响应分析对计算效率的要求非常高,需要在尽可能短的时间内做出反应,完成计算分析,给出科学结论㊂因此,计算分析通常选用简洁通用或较为保守的方法,具体推荐如下㊂4.1极限强度分析超深水半潜式钻井平台遭遇台风袭击前,需要进行极限强度分析,确保平台在台风作用下保持结构整体安全性㊂预测台风工况下平台的运动性能及极限强度分析主要包括运动响应传递函数㊁波浪载荷响应传递函数㊁二阶力传递函数和结构强度分图2典型事故分析内容F i g.2C o n t e n t s o f T y p i c a l A c c i d e n t A n a l y s i s析等㊂半潜式平台的波浪载荷预报和结构强度评估采用直接计算方法,即建立全船的结构有限元模型,通过加载预报得到的水动力载荷,计算得出结构应力水平,从而判定平台的整体结构强度是否满足规范要求[6]㊂4.2气隙分析气隙是平台下甲板下表面到波面的垂向距离㊂特定重现期波浪条件下可能出现的最小气隙值是半潜式平台设计中的一项重要参数,用来评判极端条件下,平台是否可能遭遇波浪砰击甚至甲板上浪㊂负气隙会造成波浪直接砰击平台底板及弦侧,瞬时产生极大的波浪荷载,可能导致平台严重的结构破坏,甚至导致整体倾覆㊂气隙分析中应考虑实际的波面升高,主要包括由于浮体存在于水中造成的波浪绕射㊁浮体自身运动造成的波浪辐射㊁波浪爬升以及其他非线性的影响[7]㊂而波面升高以及浮体的运动并不相互独立,两者在所求解的点上相位角相关,因此并不能独立求解其极值㊂4.3砰击分析在结构物与波浪之间产生碰撞的过程中,会出现伴有高压峰值的冲击载荷,这种现象称为波浪砰击[8]㊂半潜式平台遭遇极端风浪天气,确有负气隙存在无法避免时,应确保砰击强度满足规范要求㊂砰击分析应综合考虑典型的整体完整性分析和局部完整性分析[9]㊂首先,通过气隙分析得到可能发㊃98㊃海洋工程装备与技术第10卷生的最小负气隙值以及负气隙发生的具体位置,作为砰击分析的输入条件;综合考虑波浪砰击与结构的方向夹角,以及波浪砰击位置的结构特点㊁功能特点,选取若干典型位置进行局部砰击分析㊂首先计算波浪水平砰击载荷时间历程,再对结构进行非线性瞬态分析[10㊁11],从而校核结构局部强度是否满足规范要求㊂如果平台已经遭受波浪砰击导致局部结构受损,则需要对平台进行包括剩余强度㊁破损稳性㊁漂浮稳性在内的整体完整性分析㊂4.4定位系统分析深水半潜式钻井平台主要定位方式包括锚泊定位和动力定位㊂锚泊定位分析采用锚泊系统耦合分析方法,将浮体㊁系泊系统和立管系统作为统一的分析模型,并且考虑浮体和细长体的动力响应㊂此方法可以完全考虑浮体与细长体之间的相互作用,因此细长体的刚度㊁阻尼㊁波浪和流载荷㊁惯量等因素均作为系统内参数自动求解[12]㊂通过计算,对不同的预张力进行对比分析,可确定平台不同水深的预张力推荐设置范围㊂也可对目标海域防台时的锚泊系统布置形式进行对比,提出最佳的防台布锚方案㊂在动力定位能力分析中,除了环境载荷计算外,推进器推力分配计算是动力定位能力的核心部分㊂引入粒子群优化算法进行推进器推力分配计算,同时引用环境规则数概念,在指定海况条件下,分析超深水半潜式钻井平台在各失效模式下的动力定位能力㊂动力定位系统的主要工作原理是,推进器推力抵消平台所受的外界环境载荷㊂将动力定位分析简化为以推进器总推力最小为目标的优化数学模型,采用P S O算法进行推力分配计算㊂在恶劣环境条件下,针对超深水半潜式钻井平台各个失效模式,可绘制出满足动力定位能力的环境条件包络线图㊂4.5碰撞分析在实际海洋工程中,平台和船舶之间碰撞事故时有发生,且造成的结构受损程度一般较为严重㊂碰撞冲击是一种常见的物理现象,但由于碰撞问题非常复杂,破坏机理难于归纳,破坏形式难于预料[13]㊂需要考虑相对运动速度,所在介质环境,碰撞具体位置㊁碰撞物体材料等多条件的影响㊂碰撞事故发生之后,应视情况立即启动应急响应机制,对平台的整体完整性进行评价,包括结构剩余强度分析㊁破损稳性分析,进而制定合理的脱险及坞修方案㊂如果发生碰撞的位置位于水下不可见处,还需根据碰撞机理对水下不可见结构的损坏情况进行合理预估㊂5应急响应决策和事故后跟踪在本次事故分析结束后,通过最终的‘应急响应服务技术报告“记录平台概况㊁事故信息㊁事故分析结论及事故处理建议㊂船东参考本次应急响应分析结论及建议做出相应决策,确保平台安全或最大限度减少损失㊂如果决定对事故平台采取应急处理措施,则应继续跟踪事故的后续处理情况,包括维修方案㊁修理情况㊁坞内检验信息的收集与分析等㊂并将这些信息纳入平台动态数据管理中㊂6案例①应急响应前准备:案例平台为某四立柱深水半潜式钻井平台㊂主甲板上设有钻台㊁井架㊁吊车等钻井设备,以及生活楼㊁直升机甲板等设施㊂根据平台的基本信息及图纸资料,建立相应的有限元模型,平台外板㊁舱壁㊁撑杆及桁材等结构使用板壳单元模拟,扶强材㊁支柱等结构使用梁单元模拟㊂对平台测厚及改造等信息进行数据动态管理㊂②报告事故信息:该半潜平台在南海作业期间遇强风暴来袭,平台作业水深为1500m,预报的风暴条件最大有义波高可达13.5m㊂平台紧急撤离存在困难,可否原地抗台风,需要尽快做出应对决策㊂据此,船东立即启动应急响应,报告事件具体信息㊂③启动应急响应分析:基于此条件,调取平台数值模型,展开平台抗台极限强度分析及完整稳性分析㊂首先开展平台运动性能及水动力载荷分析,忽略锚泊系统对运动的影响,案例平台的水动力模型如图3所示㊂按照随机性设计波法最终确定的设计波参数,分别计算设计波规则作用下的平台水动力响应,得到平台在6种特征工况下的波浪载荷㊂取位于下浮体底板中纵舱壁的3点约束作为边界条件㊂极限强度分析主要包括下浮体中拱㊁下浮体中垂㊁下浮体扭转3个配载工况以及6种波浪特征载荷工况,按照L R F D方法分项系数进行载荷加载,并依据强度衡准原则对平台结构进行极限强度计算㊂图4所示为有限元分析应力云图㊂各工况的校核结果表明,该平台在给定的风暴条件下,屈服㊁屈曲强度均满足规范要求㊂按照C C S海上移动平台第2期高畅:深水半潜平台结构应急响应研究与应用㊃99 ㊃入级规范给出的完整稳性衡准,对该平台风暴条件下的完整稳性进行校核㊂图5所示为稳性分析模型㊂校核结果显示,在给定装载条件下,平台完整稳性也满足规范要求㊂图3 平台的水动力模型图F i g .3 H y d r o d yn a m i c M o d e l o f t h e P l a t f o rm 图4 平台极限强度分析应力云图F i g .4 S t r e s s D i a gr a m o f P l a t f o r m U l t i m a t e S t r e n g t h A n a l ys is 图5 平台稳性分析模型F i g .5 S t a b i l i t y A n a l ys i s M o d e l ④应急响应决策及事故后跟踪:根据以上分析得出结论,平台抗台极限强度及完整稳性均能够满足规范要求㊂给出应急响应结论及建议,平台可以不紧急撤离,并采取相应措施进行原地抗台㊂按照应急响应建议,该平台安全抵御了此次台风㊂在下次进坞时对计算得到的高应力区域进行了重点检验,检验结果纳入了平台日常数据管理㊂7 对策与建议本文给出了深水半潜式平台的各类结构安全风险,建立了一套应急响应体系,可为平台遭遇结构风险时提供应急响应支持,为平台业主和操作者提供技术支撑,最大限度减少平台损失㊂形成建议如下:①半潜式平台从开始设计㊁建造阶段,应利用特征数据建立相关仿真模型,如水动力㊁结构㊁稳性㊁锚泊等数据模型,并在营运期间通过实时的状态数据维持平台模型处于最新状态㊂②平台作业者应加强平台结构安全风险培训,清楚平台结构薄弱点和易出现的安全风险,一旦发生事故,能够及时了解和掌握平台受损情况和实际状态,在最短时间内将事故报告反馈给岸基㊂③岸基方应建立平台应急响应支持的专业队伍㊂一旦启动应急响应,马上启用已经建立的平台模型仿真数据库,利用事故报告的相关数据,对事故进行分析,最短的时间内给出分析结论和建议,为现场平台作业者提供决策支持㊂随着科技的进步,目前数字化监测技术逐步在海洋平台上应用,该技术可实时监测平台所受载荷和应力状态,为将来实现数字孪生奠定了基础㊂但局限于目前海上通信和机器算法不成熟,暂时还替代不了目前的后评估㊂但数字孪生技术是将来平台结构安全防控技术的发展方向㊂本文研究的应急响应体系目前主要局限于平台结构,并没有涉及平台功能性作业风险,如钻修井㊁火灾爆炸㊁井喷等事故,该类事故风险和防控属于另外一个专业方向,有待下一步深入研究㊂参考文献[1]李润培,谢永和等.深海平台技术的研究现状与发展趋势[J ].中国海洋平台,2003,18(3):15.[2]白艳彬.深水半潜式钻井平台总体强度分析及疲劳强度评估[D ].上海:上海交通大学,2009.[3]张朝阳,刘俊,白艳彬.深水半潜平台波浪载荷计算的设计波方法研究[J ].中国海洋平台,2012,27(5):3440.[4]卢鸿飞.海洋钻井风险评估数据库的建立与应用[D ].青岛:中国石油大学,2018.㊃100㊃海洋工程装备与技术第10卷[5]中国船级社,海上移动平台结构转台动态评价及应急响应指南[S].人民交通出版社,2012.[6]中国船级社,海上移动平台入级规范[S].人民交通出版社, 2016.[7]D e t N o r s k e V e r i t a s.D N V G L O T G14P r e d i c t i o n o f A i rG a p f o r C o l u m n S t a b i l i s e d U n i t s[S].2017:3945.[8]高畅,田其磊,李红涛.半潜式平台波浪砰击分析与应用[J].中国海洋平台,2021,36(6):5053.[9]D e t N o r s k e V e r i t a s.D N V G L R P C205E n v i r o n m e n t a lC o n d i t i o n s a n d E n v i r o n m e n t a l L o a d s[S].2014:123125.[10]孙家文.波浪对水平板冲击作用的实验研究与数值模拟[D].大连:大连理工大学,2011.[11]A B S.G u i d a n c e N o t e s o n A i r G a p a n d W a v e I m p a c t A n a l y s i sf o r S e m i-S u b m e r s i b l e s[S].2018:3035.[12]刘少杰,陈国明等.深水半潜式平台锚泊系统风险分析流程研究[J].海洋技术学报,2017,36(1):114119. [13]赵效东.海洋工程结构物碰撞失效准则研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2010.。

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理论假设流体是均匀、不可压缩、无旋的理想流体 , 并且不计自由表面张力(简化自由表面边界条件), 在引入
微幅波假设后 , 简化为线性绕射理论。
基本方程为
ΔΥ=0
(1)
速度势分解为
Υ= ΥI +ΥR + ΥD
(2)
式中 :ΥI 为入射势 ;ΥR 为辐射势 ;ΥD 为绕射速度势。
计算波浪载荷的波面升高使用 Ai ry 波 , 波高表示为 z(x , y , t)= A · Re(ei[ ωt ) -k(xcosβ+ysinβ)]
本文采用可以考虑工作海域海况条件及结构水动力特性的谱分析方法确定设计波参数 , 进行了自存工况、两种作业工况共三种装载情况下 21 个波浪工况的载荷预报 , 并完成了平台结构总体强度三维有限元分析 , 在入射波与结构变形模式关系、结构应力分析的基础上提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素 , 这些工作可为今后深水半潜式平台的结构设计、强度分析及形式优化提供参考。
1 总体强度分析方法
由于大型海洋结构物可以严重影响入射波的流场 , 各船级社[ 6 ～ 8] 推荐使用三维绕射理论计算波浪载荷。
本文采用三维绕射理论计算平台湿表面的水动压力及波浪诱导的运动 , 基于波浪载荷频域法和谱分析的设
计波法是一种综合考虑船舶与海洋结构物的水动力性能、工作海域的海况条件、波浪回复周期等因素 , 为结
工作工况取 2 .0 , 平台工作水深 3 000 m 。
2 .2 计算模型
结构分析使用的计算模型包括结构模型、质量模型、水动
力模型与液舱模型 , 如图 1 ～图 4 所示。波浪载荷使用 SESAM/ Wadam 计算 , 结构分析使用 S ESAM/ Sest ra 。水动力模
型及质量模型用来计算平台湿表面的水动压力及运动响应。
构设计和分析提供适当载荷值的载荷处理方法。
结构分析采用准静态分析方法 , 选择水动力预报载荷达到极值的瞬时时刻平台运动引起的惯性力、液舱
对舱壁的水动压力与湿表面水压力施加到结构有限元模型进行有限元计算。
1 .1 波浪载荷
深水平台对入射波流场影响大 , 绕射与辐射引起的绕射力与惯性力是波浪诱导载荷的重要分量。绕射
(Shang hai Jiao T ong Uni versity , Shanghai 200240 , China)
Abstract :Global streng t h analysi s of a six t h generati on deep-w at er semi-subm ersible platf orm is demo nst rated in this paper .Wave induced loads and platf orm mot ion are calculated by means of three-dimensional dif fraction met ho d .T he parame ters o f desig n w ave are o bt ai ned by spect rum analy sis met hod .Wave load prediction of 21 w ave load conditio ns in three dif ferent si tuatio ns is described .A t t he same t ime , three-dimensional F EM model is est ablished t o analy ze st ructure g eneral st reng th of the platf o rm .Combining w it h w ave load predi ct ion and st ructure analy tic resul ts , principles of conditi on selection and key facto rs w hich co ntro l g eneral st reng t h are put fo rw ard .Such co nclusions w ill be as some refe rences to design , st ructural st reng th analy sis , selectio n of typical nodes f or f atig ue assessment and st ructure optimizatio n i n t he f uture .
(3)
无航速入射波速度势表示为
ΥI =Re[ I ·eiωt ]
(4)
式中 ,
I
=i
Ag ω
·
c
os
hk co
(z + sh kH
H
)· e -ik (x co s
β+y
sinβ)
(其中
:k
为波数
;β为浪向角 ;ω为入射波圆频率 ,
H
为水深)。
波浪载荷计算中绕射势与辐射势满足物面条件 , 使用在平台湿表面布置点源形式的 Green 函数来表示
第202150卷年第4
2期月
文章编号 :1001-4500(2010)02-0022-06
中国海洋平台 CHI NA O FFS HO RE PL A T FO RM
V ol .25 N o .2 A pr ., 2010
深水半潜式钻井平台总体强度分析
白艳彬 , 刘俊 , 薛鸿祥 , 唐文勇
表 1 自存工况设计波参数
计算工况
1 2 3 4 5 6 7
浪向波浪圆频率 /(°) /(rad/ s)
1 80
0 .65
流场势函数。平台六个自由度运动临界阻尼系数需要根据水动力模型试验的结果进行修正 , 本文波浪载荷
计算采用的临界阻尼系数参考文献[ 9] 的水池模型实验进行修正 , 垂荡运动临界阻尼系数取 2 %～ 7 %。
1 .2 水动力载荷预报
平台的波浪诱导载荷在不同周期、浪向、相位的波浪条件下差异很大 , 需要根据结构形式、装载工况和工
收稿日期 :2009-10-09 基金项目 :国家(八六三)项目“3 000 m 水深半潜式钻井平台关键技术研究” (2006AA 09A 103) 作者简介 :白艳彬(1983 -),男 , 硕士研究生 , 主要从事船舶与海洋工程结构物强度及疲劳强度研究。
第 2 期白艳彬等深水半潜式钻井平台总体强度分析
向区间 0 ～ 180°, 步长 15°, 浪向在 0 ～ 180°等概率分布 ;波浪频率 0 .1 ～ 1 .5 rad/ s , 步长 0 .05 rad/ s , 波浪载荷长期预报使用
Jon sw
ap
谱
。S
ζ(ω)
=α· g2 ω5exp-1 .25(ωωp )4 γk ,
k =e xp -(2ω(-σωω p )p )2 2 , γ为谱峰提升因子 , 生存工况取2 .4 ,
· 23 ·
得半潜式平台成为南海油气资源勘探开发的首选。本文的目标平台是国内在建的第一座代表世界先进水平的第六代深水半潜式平台 , 结构形式上采用箱
式上部结构、双浮体、四立柱、双横撑的形式 , 无斜撑设计避免了出现复杂管节点疲劳破坏的可能性。但是箱式甲板纵向与横向的大跨度特点及无斜撑设计使平台的总体强度分析成为保证平台结构安全的首要任务。
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中国海洋平台第 25 卷第 2 期
作环境选择合适的预报载荷以搜索出对结构最不利的波浪。水动力载荷预报的目的在于确定对结构强度影响最大的波浪。
根据半潜式平台水动力性能研究 , 水动力载荷预报的载荷有浮箱间的横向力、水平横向扭矩、中纵剖面垂向剪切力、甲板处纵向与横向运动引起惯性力、浮箱垂向弯矩等。本文根据甲板设备布置及平台结构特点增加中横剖面的垂向弯矩及平台垂向运动引起的惯性力的预报 , 以考察平台沿横向的垂向弯曲强度及重型设备放置处的结构强度。 1 .3 设计波参数确定设计波参数包括波幅、浪向、波浪频率、相位。确定设计波波幅的方法有确定性方法与谱分析方法。文献[ 1] 采用极限波高法确定设计波波幅 , 但极限波高法不能考虑平台的水动力特性及工作区域的环境特点。
2 .3 位移边界条件
结构有限元计算时需要消除平台六个自由度的刚体运动 , 选取 3 个节点约束刚体位移 , 节点取在浮体的
一个与水平面平行的平面内。节点 1 、2 位于右舷浮箱中纵舱壁 , 节点 3 位于左舷浮箱中横舱壁。节点 1 :U x
第 2 期白艳彬等深水半潜式钻井平台总体强度分析
关键词 :深水半潜式平台 ;强度 ;波浪载荷 ;工况选取中图分类号 :U 661.43 文献标识码 :A
Global Strength Analysis of A Deepwater Semi-Submersible Platform
BA I Yan-bin , LIU Jun , XU E H ong-xiang , T A NG W en-yong
国内建造的深水平台数量不多 , 但对其结构强度分析一直很受重视。文献[ 1 , 2] 根据船级社规范进行了平台的结构强度校核 ;文献[ 3] 提出 Spar 平台总体强度分析方法 , 但这些研究均未涉及计算工况的选取原则 , 船级社也未明确给出针对半潜式平台的分析工况选取原则。海洋平台总体强度分析的关键是计算波浪诱导载荷与运动 , 文献[ 4] 采用三维绕射理论频域法计算了半潜式平台的波浪载荷 ;文献[ 5] 应用时域格林函数法求解波浪与三维物体间的绕射与辐射问题。
(上海交通大学 , 上海 200240)
摘要 :以某新型第六代深水半潜式钻井平台为分析对象 , 依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动 , 采用谱分析法确定设计波参数 , 进行了自存、作业等装载情况下 21 个波浪工况的波浪载荷预报 , 并建立三维有限元模型完成了平台结构总体强度分析。结合波浪载荷预报及结构分析结果 , 提出了计算工况选取原则及控制总体强度的关键因素 , 可为今后深水半潜式平台的结构设计、总体强度分析、选取疲劳强度典型节点及形式优化提供参考。