海洋浮式平台钻机井架动态响应的试验研究
发布时间：2021-10-20 18:50
深水浮式平台钻机井架在海洋环境载荷和平台运动条件下会受到较大的动态载荷。为评价浮式平台运动对井架动力响应的影响,以某海洋浮式平台及其配套的塔型井架为依据,按照相似原理设计了井架模型及其平台的6自由度运动条件,利用大型地震模拟试验台阵系统实施了动态井架试验;对振动台沿6个自由度方向单独激励以及模拟作业工况、生存工况和设计生存工况的6自由度耦合激励条件下井架各测点的加速度和动态应变进行测试。发现井架对于纵摇和垂荡激励最敏感,而对艏摇激励不敏感;钩载的变化对井架动态响应的影响不大;基于平台在风浪流沿不同方向入射的运动响应,发现在迎风迎浪迎流条件下井架的动态响应幅值最大,受力状况最恶劣。
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2017,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１安装在振动台上的井架模型??Ｆｉｇ．?１?Ｄｅｒｒｉｃｋ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｓｈａｋｉｎｇ?ｔａｂｌｅ??
型井架的运动响应情况，在模??型井架顶端的４根横梁、Ｖ大Ｉ＇〗对侧和绞车侧的主??要横梁上共布置丨４个加速度传感器，测试模型在??两个水平方向Ｕ向和．Ｖ向）的动态响应；在振动台台??面上布置３个加速度传感器，测量振动台沿３个坐??标方向的加速度响应，对比振动台的输出运动与输??入运动显示，振动台的激励时程与振动反馈基本重??合，满足试验要求。??２．２模型加载??模型加载通过以下两个方面实施：??（１）在模型井架的顶端施加大钩载荷。钩载通??过液压系统调节液压缸的拉力模拟（图３），此拉力??通过上顶板移至井架顶端，平均施加在井架顶端??的４个节点上。考虑井架的最大钩载、集中力比例??尺以及液缸参数，施加于模型井架的最大钩载选为??１４０?ｋＮ〇??图３模型大钩载荷加载示意图??Ｆｉｇ．?３?Ｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｈｏｏｋ?ｌｏａｄ??（２）通过振动台的运动边界条件对井架进行加??载。为尽可能准确地模拟并架在海洋浮式平台运动??条件下的动态响应，基于某深海浮式平台在各种工??况（一年一遇的作业工况、十年一遇的生存工况以??及百年一遇的设计生存Ｔ．况）、风浪流沿不同方向??入射条件下的运动响应，通过移动平均法对位移时??程数据进行光滑并求二阶导数得到其加速度时程，??然后通过线加速度比例尺４＝１／７和角加速度比例??尺也＝１／４９转换为振动台的加速度时程振动台的??加速度驱动边界条件在下面第３部分给出??３振动台驱动条件和测试结果??在振动台分別沿纵荡、横荡、垂荡、横尧纵摇??和艏摇方向的单自由度驱动以及振动台６自由度耦??合驱动条件下，测量井架各个测点的加速度或应变??随时间的变化在每个试验Ｔ．况前
１６２??西南石油大学学报（自然科学版）??２０１７?年??ｄ横摇?ｅ纵摇?ｆ艏摇??图４平台沿着６个单自由度方向激励的加速度时程曲线??Ｆｉｇ．?４?Ｔｉｍｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｄｒｉｖｉｎｇ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?ｓｉｘ?ＤＯＦｓ??３．１．２加速度响应??在纵荡最大幅值加速度的激励条件下（图４ａ），??井架顶端Ａ－１点与平台上Ａ－Ｐ点（图２）的ｘ方向加??速度时程对比见图５（七一；ｃ方向线加速度，ｍ／ｓ２）。??图５?ｘ方向的加速度时程对比??Ｆｉｇ．?５?Ｔｉｍｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?．ｖ－ａｘｉｓ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ??综合图６所示的功率谱图可知，井架顶端较之??于平台的加速度响应，在１８．９９?Ｈｚ处出现一个峰值，??即多了高频成分，但低频成分是一致的。其他自由??度方向激励的情况与之类似。??由于井架的弹性以及结构不对称，在某一自由??度方向激励时，其他自由度方向也会出现运动响应，??但幅值很校??３．１．３应变响应??在各单自由度激励条件下，对比井架大腿上??不同高度测点的动力响应，确定井架受力恶劣的??位置。振动台以最大纵荡加速度幅值激励时（如??图４ａ）各层特征测点的应变时程如图７所示，可见第??２层测点２－１的幅值稍小，第３层测点３－１和第４层??测点４－１的振荡时程基本重合。其他５个自由度方??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ａ纵荡??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ｂ横荡??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ｃ垂荡??独驱动振动台，按比例改变激励强度，测取各个测??点的加速度和应
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例[J]. 胡军,唐友刚,李士喜. 石油勘探与开发. 2013(01)
[2]钻井井架动力测试与综合性能评价[J]. 韩玉强. 机械科学与技术. 2012(10)
[3]海洋钻机井架动态特性研究综述与展望[J]. 齐明侠,胡朋,许亮斌. 石油机械. 2011(04)
[4]基于振动测试参数的井架钢结构极限承载力预测[J]. 韩东颖,周国强,李子丰,时培明. 振动与冲击. 2011(01)
[5]半潜式钻井平台上钻机井架振动分析[J]. 胡朋,齐明侠. 石油机械. 2010(11)
[6]波浪作用下海洋石油井架模态参数识别与承载力评价[J]. 刘金梅,周国强,韩国有,袁郎,葛慰敏. 海洋工程. 2009(01)
[7]实验室井架模型的动态测试研究[J]. 周国强,赵庆梅,韩东颖. 石油钻采工艺. 2006(05)
[8]钢结构井架动力特性测试分析与提高承载力研究[J]. 于广云,葛新辉,李宏波,王伯平. 土木工程学报. 2006(06)
[9]井架模型极限载荷试验[J]. 周国强,韩东颖,郭奕珊. 石油机械. 2005(09)
[10]海洋修井机井架风洞实验方案设计[J]. 刘清友,何霞,庞东晓,欧阳隆绪. 石油机械. 2003(04)
硕士论文
[1]浮式钻井平台塔形井架的动态特性研究[D]. 胡朋.中国石油大学 2011
本文编号：3447419
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2017,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１安装在振动台上的井架模型??Ｆｉｇ．?１?Ｄｅｒｒｉｃｋ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｓｈａｋｉｎｇ?ｔａｂｌｅ??
型井架的运动响应情况，在模??型井架顶端的４根横梁、Ｖ大Ｉ＇〗对侧和绞车侧的主??要横梁上共布置丨４个加速度传感器，测试模型在??两个水平方向Ｕ向和．Ｖ向）的动态响应；在振动台台??面上布置３个加速度传感器，测量振动台沿３个坐??标方向的加速度响应，对比振动台的输出运动与输??入运动显示，振动台的激励时程与振动反馈基本重??合，满足试验要求。??２．２模型加载??模型加载通过以下两个方面实施：??（１）在模型井架的顶端施加大钩载荷。钩载通??过液压系统调节液压缸的拉力模拟（图３），此拉力??通过上顶板移至井架顶端，平均施加在井架顶端??的４个节点上。考虑井架的最大钩载、集中力比例??尺以及液缸参数，施加于模型井架的最大钩载选为??１４０?ｋＮ〇??图３模型大钩载荷加载示意图??Ｆｉｇ．?３?Ｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｈｏｏｋ?ｌｏａｄ??（２）通过振动台的运动边界条件对井架进行加??载。为尽可能准确地模拟并架在海洋浮式平台运动??条件下的动态响应，基于某深海浮式平台在各种工??况（一年一遇的作业工况、十年一遇的生存工况以??及百年一遇的设计生存Ｔ．况）、风浪流沿不同方向??入射条件下的运动响应，通过移动平均法对位移时??程数据进行光滑并求二阶导数得到其加速度时程，??然后通过线加速度比例尺４＝１／７和角加速度比例??尺也＝１／４９转换为振动台的加速度时程振动台的??加速度驱动边界条件在下面第３部分给出??３振动台驱动条件和测试结果??在振动台分別沿纵荡、横荡、垂荡、横尧纵摇??和艏摇方向的单自由度驱动以及振动台６自由度耦??合驱动条件下，测量井架各个测点的加速度或应变??随时间的变化在每个试验Ｔ．况前
１６２??西南石油大学学报（自然科学版）??２０１７?年??ｄ横摇?ｅ纵摇?ｆ艏摇??图４平台沿着６个单自由度方向激励的加速度时程曲线??Ｆｉｇ．?４?Ｔｉｍｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｄｒｉｖｉｎｇ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?ｓｉｘ?ＤＯＦｓ??３．１．２加速度响应??在纵荡最大幅值加速度的激励条件下（图４ａ），??井架顶端Ａ－１点与平台上Ａ－Ｐ点（图２）的ｘ方向加??速度时程对比见图５（七一；ｃ方向线加速度，ｍ／ｓ２）。??图５?ｘ方向的加速度时程对比??Ｆｉｇ．?５?Ｔｉｍｅ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?．ｖ－ａｘｉｓ?ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ??综合图６所示的功率谱图可知，井架顶端较之??于平台的加速度响应，在１８．９９?Ｈｚ处出现一个峰值，??即多了高频成分，但低频成分是一致的。其他自由??度方向激励的情况与之类似。??由于井架的弹性以及结构不对称，在某一自由??度方向激励时，其他自由度方向也会出现运动响应，??但幅值很校??３．１．３应变响应??在各单自由度激励条件下，对比井架大腿上??不同高度测点的动力响应，确定井架受力恶劣的??位置。振动台以最大纵荡加速度幅值激励时（如??图４ａ）各层特征测点的应变时程如图７所示，可见第??２层测点２－１的幅值稍小，第３层测点３－１和第４层??测点４－１的振荡时程基本重合。其他５个自由度方??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ａ纵荡??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ｂ横荡??４０?５０?６０?７０?８０?９０??ｔ／ｓ??ｃ垂荡??独驱动振动台，按比例改变激励强度，测取各个测??点的加速度和应
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例[J]. 胡军,唐友刚,李士喜. 石油勘探与开发. 2013(01)
[2]钻井井架动力测试与综合性能评价[J]. 韩玉强. 机械科学与技术. 2012(10)
[3]海洋钻机井架动态特性研究综述与展望[J]. 齐明侠,胡朋,许亮斌. 石油机械. 2011(04)
[4]基于振动测试参数的井架钢结构极限承载力预测[J]. 韩东颖,周国强,李子丰,时培明. 振动与冲击. 2011(01)
[5]半潜式钻井平台上钻机井架振动分析[J]. 胡朋,齐明侠. 石油机械. 2010(11)
[6]波浪作用下海洋石油井架模态参数识别与承载力评价[J]. 刘金梅,周国强,韩国有,袁郎,葛慰敏. 海洋工程. 2009(01)
[7]实验室井架模型的动态测试研究[J]. 周国强,赵庆梅,韩东颖. 石油钻采工艺. 2006(05)
[8]钢结构井架动力特性测试分析与提高承载力研究[J]. 于广云,葛新辉,李宏波,王伯平. 土木工程学报. 2006(06)
[9]井架模型极限载荷试验[J]. 周国强,韩东颖,郭奕珊. 石油机械. 2005(09)
[10]海洋修井机井架风洞实验方案设计[J]. 刘清友,何霞,庞东晓,欧阳隆绪. 石油机械. 2003(04)
硕士论文
[1]浮式钻井平台塔形井架的动态特性研究[D]. 胡朋.中国石油大学 2011
本文编号：3447419
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