【正文】 《海洋石油平臺設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì) 目錄 第一章 綜述 ................................................................................................................... 1 平臺概述 ............................................................................................................ 1 海洋平臺的分類 ........................................................................................ 1 海洋平臺結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 ................................................................. 2 海洋平臺結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢 ........................................................................... 3 海洋環(huán)境荷載 ..................................................................................................... 4 海風(fēng)荷載 .................................................................................................... 4 海流荷載 .................................................................................................... 4 波浪荷載 .................................................................................................... 5 海冰荷載 .................................................................................................... 6 地震作用 .................................................................................................... 6 ANSYS軟件介紹 ................................................................................................. 7 ANSYS 的發(fā)展歷史 ................................................................................... 7 基本功能 ................................................................................................... 7 分析過程 .................................................................................................... 8 第二章 導(dǎo)管架平臺整體結(jié)構(gòu)分析 ................................................................................. 12 導(dǎo)管架平臺簡介 ................................................................................................ 12 平臺整體模型建立 ............................................................................................ 12 工程實(shí)例基本數(shù)據(jù) : ................................................................................... 12 平臺幾何模型的建立 ................................................................................ 13 、波流耦合作用下導(dǎo)管架平臺整體結(jié)構(gòu)靜力分析 ................................................. 20 結(jié)構(gòu)整體靜力分析 .................................................................................... 20 靜力結(jié)果分析 .......................................................................................... 23 導(dǎo)管架平臺整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 ........................................................................... 26 結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì) 算 ........................................................................................... 26 觀察模態(tài)分析結(jié)果 .................................................................................... 26 波浪作用下平臺結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力分析 .................................................................... 30 瞬態(tài)動力分析 ........................................................................................... 30 動力分析結(jié)果處理 .................................................................................... 33 第三章 平臺樁腿與海底土相互作用模擬 ........................................................................ 37 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) .......................................................................................................... 37 前處理過程 ........................................................................................................ 38 靜力求解計(jì)算 .................................................................................................... 42 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 ................................................................................................... 47 第四章 總結(jié) .................................................................................................................. 53 海洋石油平臺設(shè)計(jì) 1 第一章 綜述 平臺概述 海洋平臺是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物 ,它為開發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場所。隨著海洋開發(fā)事業(yè)的迅速發(fā)展 ,海洋平臺得到了廣泛的應(yīng)用 ,如海底石油和天然氣的勘探與開發(fā)、海底管線鋪設(shè)、海洋波浪能的利用、建造海上機(jī)場及海上工廠等。目前應(yīng)用海洋平臺最為廣泛的領(lǐng)域當(dāng)屬海上油氣資源的勘探與開發(fā)。用于海上油氣資源勘探與開發(fā)的洋平臺按功能劃分主要分為鉆井平臺和生產(chǎn)平臺兩大類 ,在鉆井平臺上設(shè)有鉆井設(shè)備 ,在生產(chǎn)平臺上則設(shè)有采油設(shè)備。若按結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)來劃分 ,海洋平臺大致可分為三大類固定式平臺、移動式平臺和順應(yīng)式平臺。 海洋平臺的分類 固定式平臺靠打樁或自身重量固定于海底 ,目前用于海上石油生產(chǎn)階段的大多數(shù)是固 定式平臺 ,它又可分 為樁式平臺和重力式平臺兩個類別。樁式平臺通過打樁的方法固定于海底 ,其中的鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺是目前海上使用最廣泛的一種平臺；而重力式平臺則是依靠自身重量直接置于海底 ,這種平臺的底部通常是一個巨大的混凝土基礎(chǔ)沉箱 ,由三個或四個空心的混凝土立柱支撐著甲板結(jié)構(gòu)。 移動式平臺是一種裝備有鉆井設(shè)備 ,并能從一個井位移到另一個井位的平臺 ,它可用于海上石油的鉆探或生產(chǎn)。移動式平臺可分為坐底式平臺、自升或平臺、鉆井船和半潛式平臺四個類別。坐底式平臺一般用于水深較淺的海域 ,工作水深通常在 60 米以內(nèi)；自升式平臺具有能垂直升降的樁腿 ,鉆井時樁腿著底 ,平臺則沿樁腿升離海面一定高度 ,移位時平臺降至水面 ,樁腿升起 ,平臺就像駁船可由拖輪把它拖移到新的井位。自升式平臺的優(yōu)點(diǎn)主要是所需鋼材少 ,造價低 ,在各種情況下都能平穩(wěn)地進(jìn)行鉆井作業(yè) ,缺點(diǎn)是樁長度有限 ,使它的工作水深受到限制 ,最大的工作水深約在 120 米左右；鉆井船是在船中央設(shè)有井孔和井架 ,它靠錨泊系統(tǒng)或動力定位裝置定位于井位上。它漂浮于水面作業(yè) ,能適應(yīng)更大的水深 ,同時它的移動性能最好 ,便于自航。但由于它在波浪上的運(yùn)動響應(yīng)大 ,稍有風(fēng)浪就會引起很大的運(yùn)動 ,使鉆井作業(yè)無法再進(jìn)行下去 ,風(fēng)浪更大時船還得離開井位 ,這是鉆井船得不到大發(fā)展的主要原因；半潛式平臺是由坐底式平臺演變而來的 ,它上有平臺甲板 ,在水面以上不受波浪侵襲 ,下有浮體 ,沉于水面以下以減小波浪的擾動力 ,連接于其間的是小水線面的立柱。由于半潛式平臺具有小的水線面面積 ,使整個平臺在波浪中的運(yùn)動響應(yīng)較小 ,因而它具有出色的深海鉆井的工作性能。半潛式平臺可用錨泊定位和動力定位 ,錨泊定位的半潛式平臺一般適用于 200~500 米水深的海域。 海洋石油平臺設(shè)計(jì) 2 順應(yīng)式平臺是一種適于深海作業(yè)的海洋平臺 ,它在波浪作用下會產(chǎn) 生水平位移。順應(yīng)式平臺又可分為張力腿式平臺和牽索塔式平臺兩個類別。張力腿式平臺的上部類似于半潛式平臺，整個平臺是通過張力腿（實(shí)為系泊鋼管或鋼索）垂直向下固定于海底 ,它是一種新開發(fā)的深海平臺 ,與導(dǎo)管架平臺相比 ,導(dǎo)管架平臺的造價與水深關(guān)系大致呈指數(shù)關(guān)系增加 ,而張力腿式平臺的造價則隨水深的增加變化較小。此外 ,由于每個張力腿都有很大的預(yù)張力 ,因此張力腿式平臺在波浪中的運(yùn)動幅度遠(yuǎn)小于半潛式平臺；牽索塔式平臺由甲板、塔體和牽索系統(tǒng)三部分組成。塔體是一個類似于導(dǎo)管架的空間鋼架結(jié)構(gòu) ,牽索則圍繞著塔體對稱布置 ,牽索系統(tǒng)可以吸 收由外力產(chǎn)生的能量以保證塔體的運(yùn)動幅度在規(guī)定的范圍內(nèi)。 海洋平臺的建造歷史可以追溯到 1887 年在美國加里福尼亞所建造的第一座用于鉆探海底石油的木質(zhì)平臺。而鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺則是在 1947 年首次出現(xiàn)于墨西哥灣 6米水深的海域 ,此后 ,海洋平臺得到了迅速發(fā)展。到 1978 年 ,鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺的工作水深已達(dá) 312 米 ,而不久前高度為 486 米的巨型導(dǎo)管架平臺也已安裝于墨西哥灣 411 米水深的海域。 第一座坐底式平臺是 1949 年在墨西哥灣鉆井的“環(huán)球 40號”。在 50 年代建造了近 30 座坐底式平臺。 50 年代末 ,坐底式平臺的工作水深已達(dá)到 米（ 90英尺）。 1963 年出現(xiàn)了一座大型坐底式平臺 ,其工作水深達(dá) 米（ 175 英尺）。此后 10 年中 ,坐底式平臺沒有發(fā)展。直到 1973~1974 年間 ,由于原油價格暴漲 ,人們對適合于水深小于 30 米的淺水區(qū)工作的坐底式平臺的需求再一次表現(xiàn)出來 ,于是在 70 年代后半期又建造了一些坐底式平臺 ,此后又趨冷落。由于我國有大片的淺水及海灘地區(qū)需要勘探開發(fā) ,在所采用的鉆探裝備中 ,坐底式平臺占有重要的地位。 1979 年建成并投入使用的“勝利一號”坐底式平臺是我國設(shè) 計(jì)、制造的第一座坐底式