海洋石油平台课程设计

海洋石油平台课程设计

《海洋石油平台设计》课程设计

目录

第一章综述 (1)

1.1 平台概述 (1)

1.1.1 海洋平台的分类 (1)

1.1.2海洋平台结构的发展历史及现状

(2)

1.1.3海洋平台结构的发展趋势 (4)

1.2 海洋环境荷载 (5)

1.2.1海风荷载 (5)

1.2.2海流荷载 (5)

1.2.3波浪荷载 (6)

1.2.4海冰荷载 (7)

1.2.5地震作用 (8)

1.3 ANSYS软件介绍 (8)

1.3.1 ANSYS 的发展历史 (9)

1.3.2 基本功能 (9)

1.3.3分析过程 (10)

第二章导管架平台整体结构分析 (15)

2.1 导管架平台简介 (15)

2.2 平台整体模型建立 (15)

2.2.1工程实例基本数据: (16)

2.2.2平台几何模型的建立 (16)

2.3、波流耦合作用下导管架平台整体结构

静力分析 (25)

2.3.1结构整体静力分析 (25)

2.3.2 静力结果分析 (28)

2.4 导管架平台整体结构模态分析 (32)

2.4.1结构模态计算 (32)

2.4.2观察模态分析结果 (33)

2.5 波浪作用下平台结构瞬态动力分析38

2.5.1瞬态动力分析 (38)

2.5.2动力分析结果处理 (42)

第三章平台桩腿与海底土相互作用模拟 (47)

3.1 基础数据 (47)

3.2前处理过程 (48)

3.3静力求解计算 (53)

3.4 结构模态分析 (60)

第四章总结 (70)

第一章综述

1.1 平台概述

海洋平台是一种海洋工程结构物,它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。随着海洋开发事业的迅速发展,海洋平台得到了广泛的应用,如海底石油和天然气的勘探与开发、海底管线铺设、海洋波浪能的利用、建造海上机场及海上工厂等。目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。用于海上油气资源勘探与开发的洋平台按功能划分主要分为钻井平台和生产平台两大类,在钻井平台上设有钻井设备,在生产平台上则设有采油设备。若按结构型式及其特点来划分,海洋平台大致可分为三大类固定式平台、移动式平台和顺应式平台。

1.1.1 海洋平台的分类

1.固定式平台

固定式平台靠打桩或自身重量固定于海底,目前用于海上石油生产阶段的大多数是固

定式平台,它又可分为桩式平台和重力式平台两个类别。桩式平台通过打桩的方法固定于海底,其中的钢质导管架平台是目前海上使用最广泛的一种平台；而重力式平台则是依靠自身重量直接置于海底,这种平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础沉箱,由三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构。

2.移动式平台

移动式平台是一种装备有钻井设备,并能从一个井位移到另一个井位的平台,它可用于海上石油的钻探或生产。移动式平台可分为坐底式平台、自升或平台、钻井船和半潜式平台四个类别。坐底式平台一般用于水深较浅的海域,工作水深通常在60米以内；自升式平台具有能垂直升降的桩腿,钻井时桩腿着底,平台则沿桩腿升离海面一定高度,移位时平台降至水面,桩腿升起,平台就像驳船可由拖轮把它拖移到新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少,造价低,在各种情况下都能平稳地进行钻井作业,缺点是桩长度有限,使它的工作水深受到限制,最大的工作水深约在120米左右；钻井船是在船中央设有井孔和井架,它靠锚泊系统或动力定位装置定位于井位上。它漂浮于水面作业,能适应更大的水深,同时它的移动性能最好,便于自航。但由于它在波浪上的运动响应大,稍有风浪就会引起很大的运动,使钻井作业无法再进行下去,风浪更大时船还得离开井位,这是钻井船得不到大发展的主要原因；半潜式平台是由坐底式平台演变而

来的,它上有平台甲板,在水面以上不受波浪侵袭,下有浮体,沉于水面以下以减小波浪的扰动力,连接于其间的是小水线面的立柱。由于半潜式平台具有小的水线面面积,使整个平台在波浪中的运动响应较小,因而它具有出色的深海钻井的工作性能。半潜式平台可用锚泊定位和动力定位,锚泊定位的半潜式平台一般适用于200~500米水深的海域。

3.顺应式平台

顺应式平台是一种适于深海作业的海洋平台,它在波浪作用下会产生水平位移。顺应式平台又可分为张力腿式平台和牵索塔式平台两个类别。张力腿式平台的上部类似于半潜式平台，整个平台是通过张力腿（实为系泊钢管或钢索）垂直向下固定于海底,它是一种新开发的深海平台,与导管架平台相比,导管架平台的造价与水深关系大致呈指数关系增加,而张力腿式平台的造价则随水深的增加变化较小。此外,由于每个张力腿都有很大的预张力,因此张力腿式平台在波浪中的运动幅度远小于半潜式平台；牵索塔式平台由甲板、塔体和牵索系统三部分组成。塔体是一个类似于导管架的空间钢架结构,牵索则围绕着塔体对称布置,牵索系统可以吸收由外力产生的能量以保证塔体的运动幅度在规定的范围内。

1.1.2海洋平台结构的发展历史及现状

海洋平台的建造历史可以追溯到1887年在美国加里福尼亚所建造的第一座用于钻探海底石油的木质平台。而钢质导管架平台则是在1947年首次出现于墨西哥湾6米水深的海域,此后,海洋平台得到了迅速发展。到1978年,钢质导管架平台的工作水深已达312米,而不久前高度为486米的巨型导管架平台也已安装于墨西哥湾411米水深的海域。

第一座坐底式平台是1949年在墨西哥湾钻井的“环球40号”。在50年代建造了近30座坐底式平台。50年代末,坐底式平台的工作水深已达到27.43米（90英尺）。1963年出现了一座大型坐底式平台,其工作水深达53.34米（175英尺）。此后10年中,坐底式平台没有发展。直到1973~1974年间,由于原油价格暴涨,人们对适合于水深小于30米的浅水区工作的坐底式平台的需求再一次表现出来,于是在70年代后半期又建造了一些坐底式平台,此后又趋冷落。由于我国有大片的浅水及海滩地区需要勘探开发,在所采用的钻探装备中,坐底式平台占有重要的地位。1979年建成并投入使用的“胜利一号”坐底式平台是我国设计、制造的第一座坐底式平台,它的作业水深范围为2~5米。

为了适应在不同水深范围内钻井,1954年出现了第一座自升式钻井平台—