桶形基礎平臺在海洋環(huán)境載荷作用下的穩(wěn)定性分析.pdf

1、近年來頻發(fā)的能源危機使人們把越來越多的關注投向海洋資源,尤其是海洋油氣資源。而目前,我國的大型油田均已過產量峰值,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)者不僅要設計出滿足軟土地基的采油平臺型式,而且該平臺要滿足“邊際油田”開發(fā)所需要的經濟性。因此,傳統(tǒng)的導管架平臺很難滿足這些小型油田的要求了,必須設計新型的低成本、可重

2、復利用的平臺型式。
　　 本課題所采用的是使用桶形基礎作為入泥裙板的新型重力式平臺作為采油平臺,針對油田產量進行平臺的尺寸設計并對其構件比例進行了合理性判定。由于投產之后,平臺首先要承受日常工作載荷——作用于沉箱底部的隨時間均勻變化的循環(huán)儲油載荷,故而首先進行桶土穩(wěn)定性的判定。此外,渤海灣位于地震活躍帶上,平臺要承受隨機地震的影響;平臺安裝位置的高緯度平臺會受到大質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)平臺與

3、環(huán)境載荷的“共振作用”。因此,鑒于海洋平臺在經濟上和社會上的重要性,必須對其靜動力穩(wěn)定性進行判定。
　　 本文主要做了以下幾方面的工作:
　　 (1)分別針對桶形基礎和重力式平臺的研究背景和國內外研究現(xiàn)狀進行了總結和概括,提出了亟待解決的問題。
　　 (2)對適用于渤海灣“邊際油田”的新型平臺—應用桶形基礎的重力式平臺進行了尺寸設計和材料選擇,保證控制成本,實現(xiàn)“邊際油田”開發(fā)的經濟性。
　　 (3)針對

4、所設計的平臺,制作了比尺為1/25的模型并使用該模型進行縮尺試驗。首先,配置以黃河三角洲原狀海底土作為平臺的安裝基礎。其次,根據(jù)滲流原理布設總應力傳感器和孔隙水壓力傳感器以分別監(jiān)測模型試驗中的土中應力,并通過編程實現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)與原型試驗數(shù)據(jù)之間的轉換。再次,分別應用系列Drucker-Prager失效準則和Mohr-Coulomb強度準則,并輔以數(shù)值模擬試驗(考慮“邊界條件”和不考慮“邊界條件”)以判定在日常循環(huán)儲油載荷作用下地基土的應

5、力狀態(tài)和失效性判定。最后,根據(jù)以上結論確定出沉箱經濟合理的儲油量為1000噸。
　　 (4)此外,應用有限元方法對所設計的平臺在可能遭受的海洋環(huán)境載荷作用下的結構穩(wěn)定性進行了分析。首先,使用兩組調幅的強震記錄和一組人工地震波進行了平臺的地震時程分析。從中可以看出,與水平方向相比,豎直方向上的響應量很小。通過繪制平臺沿豎向各節(jié)點的位移時程曲線和最大位移包絡圖可以得出如下規(guī)律:平臺在強震作用下的變形以第一、二階振型為主,而且在12m