[发明专利]一种自升式钻井平台的结构强度分析计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋移动式钻井平台的总体性能分析和生存能力的评估技术， 特别是一种适用于评估自升式钻井平台在各种环境条件下的生存能力的结构强 度分析计算方法。

背景技术

随着海洋石油事业的发展，海洋移动式钻井平台作为海洋油气勘探和开采 的重要装备，得到了广泛的应用。自升式钻井平台属于海上移动式钻井平台， 由于其定位能力强和作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居主力军 地位。与导管架固定钻井平台相比，自升式钻井平台的结构整体柔性较大，振 动响应较为强烈，而且随着海洋工程向深海发展，环境越来越恶劣，载荷不确 定因素随之增多。因此，自升式钻井平台的结构安全和生存能力问题越来越受 到重视。

国内外的很多学者都针对自升式钻井平台的结构安全问题进行了研究，并 取得了一定的成果。挪威的Karunakaran研究了钻井平台整体在不同的波浪和海 流作用下的非线性动态放大行为。牛津大学的工程结构教授Williams利用二维 有限元模型研究了钻井平台在不同环境载荷作用下的动态响应。国内的很多人 员也对自升式钻井平台进行了大量研究，如哈尔滨工程大学的硕士研究生刘英 杰对自升式钻井平台桩腿的受力情况进行了分析，天津大学的硕士研究生郭东 杰研究了在役自升式钻井平台风暴自存状态强度评估。

上述的研究虽然都对钻井平台的结构强度进行了分析，但分析内容不够全 面，不能从整体上反映钻井平台作业时的使用性能。在此基础上，中国船级社 海工审图中心的李红涛和李昕等人对自升式海洋钻井平台站立状态下的总体性 能进行了分析，以一个典型的桁架式桩腿自升式钻井平台为例，通过有限元求 解及相应理论分析，说明了此钻井平台总体性能的计算过程及方法。

首先，根据钻井平台的结构特点，使用有限元软件SACS建立该钻井平台 的有限元模型，所有结构均由梁单元模拟。然后计算钻井平台的功能载荷和环 境载荷。其中，功能载荷包括固定载荷和可变载荷。固定载荷主要包括钻井平 台结构的自重和设备载荷，其中自重由程序自动完成计算，设备载荷根据甲板 载荷图和载荷说明书简化为点、线、面载荷，分配到主甲板相应单元上。可变 载荷主要包括各液舱的配载、钻井平台作业的相关载荷及其他生活供应品等， 具体数值取自甲板载荷说明书和重量重心计算书，分为作业和风暴自存两个工 况进行施加。环境载荷主要包括风、波浪及海流载荷，还包括P-Δ效应载荷及 波浪惯性力载荷。将上述基本载荷组合可得到组合工况，按给定的环境条件进 行有限元计算分析，从以下五个方面来对钻井平台的总体性能进行说明：

1、桩腿强度；

2、锁紧系统承载性能；

3、预压载性能；

4、桩靴承载性能；

5、抗倾稳性。

上述计算方法较好地描述了钻井平台的总体性能，但还存在以下缺陷：

1、计算时只考虑了典型计算工况，如：作业工况和风暴自存自存工况，没 有考虑在实际使用时，钻井平台还会遇到其他各种不同的环境条件；

2、选取的环境参数和钻井平台使用时的真实环境有一定的差异，计算结果 无法反应钻井平台的真实状态；

3、对钻井平台总体性能的描述不够全面；

4、计算时每一工况的可变载荷为一定值，通过计算只能判断出钻井平台在 此条件下的结构强度是否满足要求，而不能反应出钻井平台在此环境条件下所 能承受的最大可变载荷，即不能全面反应钻井平台的生存能力，从而不能最大 程度地使用该钻井平台；

5、目前可以利用多种有限元计算软件对钻井平台进行计算，如ANSYS， SACS，SESAM等。但在计算过程中很多初始参数输入都是人工手动完成，如 载荷的施加，中间数据的提取和相关计算等。这一方面会导致工作量很大，需 耗费大量人力；另一方面会导致计算时间较长，计算效率下降。这两方面在计 算工况很多时体现尤为显著。

发明内容