桶形基礎(chǔ)平臺(tái)在海洋環(huán)境載荷作用下的穩(wěn)定性分析.pdf

1、近年來頻發(fā)的能源危機(jī)使人們把越來越多的關(guān)注投向海洋資源,尤其是海洋油氣資源。而目前,我國(guó)的大型油田均已過產(chǎn)量峰值,這就要求要有新的油田來緩解這一矛盾。位于渤海灣的勝利油田尚有大量的淺海油田可供開發(fā),然而這些油田很大一部分屬于“邊際油田”,而且位于沿海灘涂區(qū)域。這就要求開發(fā)者不僅要設(shè)計(jì)出滿足軟土地基的采油平臺(tái)型式,而且該平臺(tái)要滿足“邊際油田”開發(fā)所需要的經(jīng)濟(jì)性。因此,傳統(tǒng)的導(dǎo)管架平臺(tái)很難滿足這些小型油田的要求了,必須設(shè)計(jì)新型的低成本、可重

2、復(fù)利用的平臺(tái)型式。
　　 本課題所采用的是使用桶形基礎(chǔ)作為入泥裙板的新型重力式平臺(tái)作為采油平臺(tái),針對(duì)油田產(chǎn)量進(jìn)行平臺(tái)的尺寸設(shè)計(jì)并對(duì)其構(gòu)件比例進(jìn)行了合理性判定。由于投產(chǎn)之后,平臺(tái)首先要承受日常工作載荷——作用于沉箱底部的隨時(shí)間均勻變化的循環(huán)儲(chǔ)油載荷,故而首先進(jìn)行桶土穩(wěn)定性的判定。此外,渤海灣位于地震活躍帶上,平臺(tái)要承受隨機(jī)地震的影響;平臺(tái)安裝位置的高緯度平臺(tái)會(huì)受到大質(zhì)量冰塊或者浮冰群的撞擊作用,渤海灣波浪較高,這些都可能引發(fā)平臺(tái)與

3、環(huán)境載荷的“共振作用”。因此,鑒于海洋平臺(tái)在經(jīng)濟(jì)上和社會(huì)上的重要性,必須對(duì)其靜動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行判定。
　　 本文主要做了以下幾方面的工作:
　　 (1)分別針對(duì)桶形基礎(chǔ)和重力式平臺(tái)的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和概括,提出了亟待解決的問題。
　　 (2)對(duì)適用于渤海灣“邊際油田”的新型平臺(tái)—應(yīng)用桶形基礎(chǔ)的重力式平臺(tái)進(jìn)行了尺寸設(shè)計(jì)和材料選擇,保證控制成本,實(shí)現(xiàn)“邊際油田”開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。
　　 (3)針對(duì)

4、所設(shè)計(jì)的平臺(tái),制作了比尺為1/25的模型并使用該模型進(jìn)行縮尺試驗(yàn)。首先,配置以黃河三角洲原狀海底土作為平臺(tái)的安裝基礎(chǔ)。其次,根據(jù)滲流原理布設(shè)總應(yīng)力傳感器和孔隙水壓力傳感器以分別監(jiān)測(cè)模型試驗(yàn)中的土中應(yīng)力,并通過編程實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)與原型試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。再次,分別應(yīng)用系列Drucker-Prager失效準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則,并輔以數(shù)值模擬試驗(yàn)(考慮“邊界條件”和不考慮“邊界條件”)以判定在日常循環(huán)儲(chǔ)油載荷作用下地基土的應(yīng)

5、力狀態(tài)和失效性判定。最后,根據(jù)以上結(jié)論確定出沉箱經(jīng)濟(jì)合理的儲(chǔ)油量為1000噸。
　　 (4)此外,應(yīng)用有限元方法對(duì)所設(shè)計(jì)的平臺(tái)在可能遭受的海洋環(huán)境載荷作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。首先,使用兩組調(diào)幅的強(qiáng)震記錄和一組人工地震波進(jìn)行了平臺(tái)的地震時(shí)程分析。從中可以看出,與水平方向相比,豎直方向上的響應(yīng)量很小。通過繪制平臺(tái)沿豎向各節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程曲線和最大位移包絡(luò)圖可以得出如下規(guī)律:平臺(tái)在強(qiáng)震作用下的變形以第一、二階振型為主,而且在12m