自升式平台拔桩阻力计算方法研究(附件)【字数：16578】
海底的地质条件复杂特别是渤海海域，自升式钻井平台在渤海海域作业时，由于地质条件、外部载荷等原因易导致桩腿入泥过深，平台作业完成后难以顺利拔桩。这将严重影响自升式钻井平台作业，造成经济损失；同时，也会对平台的安全构成严重威胁。因此，预先分析、评价平台在此处特定地质条件及入泥深度的拔桩能力，便显得尤为必要和重要。本文首先利用公式法对于桩腿的拔桩过程进行了受力分析，然后采用有限元法计算某自升式钻井平台在渤海区域典型区块的入泥深度及拔桩阻力，并结合平台的结构强度，确定平台在典型区块的最大允许的插桩深度。最后，结合两种计算方式进行了分析比较，并对冲桩前后平台能顺利拔桩的入泥深度进行比较，可知采取冲桩措施的效果还是十分明显的。关键词自升式平台拔桩；阻力计算；Abaqus有限元计算
目录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2课题研究背景及意义 1
1.3国内外研究现状 2
1.4工作及研究内容 4
第二章 理论计算公式 5
2.1 拔桩阻力的影响因素 5
2.2 自升式平台拔桩阻力计算公式 6
2.3地基承载力的计算方法 9
第三章 平台拔桩阻力ABAQUS数值计算 12
3.1ABAQUS软件概述 12
3.2运用ABAQUS有限元计算过程 12
第四章 自升式平台拔桩阻力计算 16
4.1某自升式平台拔桩的计算井位 16
4.2 平台拔桩阻力计算 19
4.2.1冲桩效果 19
4.2.2 某型平台拔桩阻力计算结果 21
4.2.2.1公式计算结果 21
4.2.2.2 有限元计算结果 24
4.3 结论 30
结 语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1概述
如今全球经济成长的速度非常快，同时也使能源的需求量大大的增多，目前石油、天然气是全球使用最广泛的能源。现在我国对于石油和天然气的需求量很高，虽然进口量居世界第二但油气资源仍然供不应求。我国陆地上的石油和天然 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
气的开发程度已经很高，随着经济、科技和社会的不断发展，油气开采的范围渐渐扩大，在海洋开发新的石油天然气资源已经成为必然趋势。我国的海岸线绵延几百万公里，拥有黄海、渤海、南海、东海等等广阔的海域。自升式钻井平台造价低、所需钢材少、可移动性强、作业稳定、效率高等优点，同时具备钻井和采油两种功能，几乎在各种海况下都能持续工作。但是由于海底地基的复杂性和自升式钻井平台本身工作的复杂性，地基不稳、平台倾斜、桩腿沉降不匀等现象常常会出现，从而很有可能导致平台的穿刺，存在严重的安全隐患。
1.2课题研究背景及意义
20世纪70年代以来，全世界的能源消费构成比中石油位于首位。我国辽阔的海洋中蕴藏有十分丰富的石油和天然气资源，目前已经修建了很多钻井平台和石油平台进行勘察和开采。自升式钻井平台因其具有适应能力强、定位能力强、作业稳定性好的优点，适合在我国的浅海海域的环境条件下使用,在海洋石油开发和海上施工方面有良好的应用前景。
目前，自升式钻井平台数量约占移动式海洋钻井平台总数的百分之六十五，这一比例显示它是我国海洋石油勘探开发和海上施工作业中应用最广泛的移动式海洋钻井平台形式。
在20世纪80年代，第1座半潜式钻井平台“勘探三号”的建成标志着我国具有了独立建造水深较深的海洋平台的能力。经过五十多年的发展，由我国建造的自升式钻井平台已经遍布了渤海、东海等。2000年以后，我国建成了第一座水深122米的自升式钻井平台“海洋石油941”深水海洋平台并且在南海开始作业。2002年，中海油服又成功地建造了钻井深度更深的自升式钻井平台“海洋石油942”。目前，自升式海洋自升式钻井平台已成为我国海上油气勘探开发的主要载体。
图11 自升式钻井平台
自升式钻井平台在我国海洋油气开发中有着重要的作用，在平台插/拔桩作业时，桩土之间的相互作用直接影响到平台整体响应特性，从而对其工作的安全性有影响，所以对于平台插拔桩的性能研究有着重要意义。我国海底地质情况复杂，特别是在渤海湾地区，那里地质疏松，容易使桩腿入泥过深拔桩困难，从而导致一些危险情况发生。因此，为了减少自升式平台的作业事故,保证平台作业安全,必须预先分析、评估自升式钻井平台在特定地质条件下及入泥深度的拔桩能力,避免不必要的人员伤亡和经济损失。
目前国内主要采用试验法、解析法和数值法来研究自升式钻井平台插/拔桩性能。其中，试验法虽然能较为准确地反应出平台的工况，但成本过高。解析法是在作业过程中预先将桩靴埋置在某个固定点下，经计算得来结果，无法准确反映出整个连续过程中土壤的扰动及其参数、桩靴的尺寸及其粗糙程度等对结果的影响。因此主流的方法是先建立数值模型，再通过试验来验证其正确性，以此分析各参数的灵敏度，来修正传统解析法给出的经验公式，进而指导自升式钻井平台的安装过程。近年来，数值法逐渐成为研究自升式钻井平台插/拔桩性能过程中重要的工具。数值法主要分为这三类：SSFE 法、LDFE 法和 CEL法 。
1.3国内外研究现状
自升式钻井平台从出现到现在已取得了长远发展，尤其在抗风暴能力、工作水深和操控性方面都在不断地适应经济发展的需求。因此平台的插/拔桩机理的研究就更重要了,海底地基复杂，今后的研究对象将变成层数更多、性状更加多样性的土层。
近年来,高校的研究和建造海上平台的技术人员在这一方面的设计和建造方面获取了很大的进步。
天津大学的于晓洋[1]对自升式钻井船的桩靴的拔力进行了研究，总结了一些国内外海上自升式钻井船桩靴上拔力的研究现状,同时对各种影响上拔过程中桩靴上拔阻力的因素做了研究,列举出了桩靴上拔阻力的经典算法和经验公式算法，并利用有限元分析软件abaqus模拟了在荷载作用下自升式钻井船桩靴的上拔过程，有限元模型采用了MohrCoulomb弹塑性本构模型,并考虑了土和桩腿、桩靴之间的接触面的作用,通过数值分析结果来确定桩靴上拔所需的最大上拔力。
此外，天津大学张浦阳[2]还就海上自升式钻井平台插、拔桩机理及新型桩靴静、动承载力进行了研究。自升式钻井平台的机动性很强，它必须要适应不同的土质条件，因此平台基础承载能力的预测、对于穿刺现象的预防和顺利拔桩的能力都是非常重要的问题。针对这些实际的问题，论文从理论上研究了自升式钻井平台预压、工作、迁航过程中桩靴的性能特点、桩靴的型式改进等问题，弥补了一部分国内对于海上自升式钻井平台的桩靴基础理论研究的不足。同时，研究还引入了流固耦合理论，建立了饱和粘土条件下土和桩靴系统的有限元模型，而更为准确地描述了自升式钻井平台插/拔桩过程中桩靴的工作性状。此外，通过对桩靴在多种土质及贯入条件下的计算与分析，提出了几个观点：不考虑土体回流作用的情况下，桩靴在深贯入条件下的极限承载力系数为 10.30 ，考虑土体回流作用时为12.25，极限上拔阻力系数为 12.62；同时文中给出了自升式钻井平台插/拔桩过程中的土体孔穴深度、桩靴底部吸力、桩靴承载力和上拔力的计算方法。
目录
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2课题研究背景及意义 1
1.3国内外研究现状 2
1.4工作及研究内容 4
第二章 理论计算公式 5
2.1 拔桩阻力的影响因素 5
2.2 自升式平台拔桩阻力计算公式 6
2.3地基承载力的计算方法 9
第三章 平台拔桩阻力ABAQUS数值计算 12
3.1ABAQUS软件概述 12
3.2运用ABAQUS有限元计算过程 12
第四章 自升式平台拔桩阻力计算 16
4.1某自升式平台拔桩的计算井位 16
4.2 平台拔桩阻力计算 19
4.2.1冲桩效果 19
4.2.2 某型平台拔桩阻力计算结果 21
4.2.2.1公式计算结果 21
4.2.2.2 有限元计算结果 24
4.3 结论 30
结 语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1概述
如今全球经济成长的速度非常快，同时也使能源的需求量大大的增多，目前石油、天然气是全球使用最广泛的能源。现在我国对于石油和天然气的需求量很高，虽然进口量居世界第二但油气资源仍然供不应求。我国陆地上的石油和天然 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
气的开发程度已经很高，随着经济、科技和社会的不断发展，油气开采的范围渐渐扩大，在海洋开发新的石油天然气资源已经成为必然趋势。我国的海岸线绵延几百万公里，拥有黄海、渤海、南海、东海等等广阔的海域。自升式钻井平台造价低、所需钢材少、可移动性强、作业稳定、效率高等优点，同时具备钻井和采油两种功能，几乎在各种海况下都能持续工作。但是由于海底地基的复杂性和自升式钻井平台本身工作的复杂性，地基不稳、平台倾斜、桩腿沉降不匀等现象常常会出现，从而很有可能导致平台的穿刺，存在严重的安全隐患。
1.2课题研究背景及意义
20世纪70年代以来，全世界的能源消费构成比中石油位于首位。我国辽阔的海洋中蕴藏有十分丰富的石油和天然气资源，目前已经修建了很多钻井平台和石油平台进行勘察和开采。自升式钻井平台因其具有适应能力强、定位能力强、作业稳定性好的优点，适合在我国的浅海海域的环境条件下使用,在海洋石油开发和海上施工方面有良好的应用前景。
目前，自升式钻井平台数量约占移动式海洋钻井平台总数的百分之六十五，这一比例显示它是我国海洋石油勘探开发和海上施工作业中应用最广泛的移动式海洋钻井平台形式。
在20世纪80年代，第1座半潜式钻井平台“勘探三号”的建成标志着我国具有了独立建造水深较深的海洋平台的能力。经过五十多年的发展，由我国建造的自升式钻井平台已经遍布了渤海、东海等。2000年以后，我国建成了第一座水深122米的自升式钻井平台“海洋石油941”深水海洋平台并且在南海开始作业。2002年，中海油服又成功地建造了钻井深度更深的自升式钻井平台“海洋石油942”。目前，自升式海洋自升式钻井平台已成为我国海上油气勘探开发的主要载体。
图11 自升式钻井平台
自升式钻井平台在我国海洋油气开发中有着重要的作用，在平台插/拔桩作业时，桩土之间的相互作用直接影响到平台整体响应特性，从而对其工作的安全性有影响，所以对于平台插拔桩的性能研究有着重要意义。我国海底地质情况复杂，特别是在渤海湾地区，那里地质疏松，容易使桩腿入泥过深拔桩困难，从而导致一些危险情况发生。因此，为了减少自升式平台的作业事故,保证平台作业安全,必须预先分析、评估自升式钻井平台在特定地质条件下及入泥深度的拔桩能力,避免不必要的人员伤亡和经济损失。
目前国内主要采用试验法、解析法和数值法来研究自升式钻井平台插/拔桩性能。其中，试验法虽然能较为准确地反应出平台的工况，但成本过高。解析法是在作业过程中预先将桩靴埋置在某个固定点下，经计算得来结果，无法准确反映出整个连续过程中土壤的扰动及其参数、桩靴的尺寸及其粗糙程度等对结果的影响。因此主流的方法是先建立数值模型，再通过试验来验证其正确性，以此分析各参数的灵敏度，来修正传统解析法给出的经验公式，进而指导自升式钻井平台的安装过程。近年来，数值法逐渐成为研究自升式钻井平台插/拔桩性能过程中重要的工具。数值法主要分为这三类：SSFE 法、LDFE 法和 CEL法 。
1.3国内外研究现状
自升式钻井平台从出现到现在已取得了长远发展，尤其在抗风暴能力、工作水深和操控性方面都在不断地适应经济发展的需求。因此平台的插/拔桩机理的研究就更重要了,海底地基复杂，今后的研究对象将变成层数更多、性状更加多样性的土层。
近年来,高校的研究和建造海上平台的技术人员在这一方面的设计和建造方面获取了很大的进步。
天津大学的于晓洋[1]对自升式钻井船的桩靴的拔力进行了研究，总结了一些国内外海上自升式钻井船桩靴上拔力的研究现状,同时对各种影响上拔过程中桩靴上拔阻力的因素做了研究,列举出了桩靴上拔阻力的经典算法和经验公式算法，并利用有限元分析软件abaqus模拟了在荷载作用下自升式钻井船桩靴的上拔过程，有限元模型采用了MohrCoulomb弹塑性本构模型,并考虑了土和桩腿、桩靴之间的接触面的作用,通过数值分析结果来确定桩靴上拔所需的最大上拔力。
此外，天津大学张浦阳[2]还就海上自升式钻井平台插、拔桩机理及新型桩靴静、动承载力进行了研究。自升式钻井平台的机动性很强，它必须要适应不同的土质条件，因此平台基础承载能力的预测、对于穿刺现象的预防和顺利拔桩的能力都是非常重要的问题。针对这些实际的问题，论文从理论上研究了自升式钻井平台预压、工作、迁航过程中桩靴的性能特点、桩靴的型式改进等问题，弥补了一部分国内对于海上自升式钻井平台的桩靴基础理论研究的不足。同时，研究还引入了流固耦合理论，建立了饱和粘土条件下土和桩靴系统的有限元模型，而更为准确地描述了自升式钻井平台插/拔桩过程中桩靴的工作性状。此外，通过对桩靴在多种土质及贯入条件下的计算与分析，提出了几个观点：不考虑土体回流作用的情况下，桩靴在深贯入条件下的极限承载力系数为 10.30 ，考虑土体回流作用时为12.25，极限上拔阻力系数为 12.62；同时文中给出了自升式钻井平台插/拔桩过程中的土体孔穴深度、桩靴底部吸力、桩靴承载力和上拔力的计算方法。
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