中国海洋平台
  • 主管单位:中国船舶集团有限公司
  • 主办单位:中国船舶集团有限公司第十一研究所
  • 发行周期:双月刊
  • 快捷分类:石油、天然气类
  • 国际刊号:1001-4500
  • 国内刊号:31-1546
  • 创刊时间:1986年
  • 邮发代号:4-917
  • 出版地区:上海
  • 期刊开本:大16开
  • 出版单位:《中国海洋平台》编辑部
  • 发行单位:《中国海洋平台》编辑部
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    • 深海大兆瓦级浮式海上风电结构强度分析

      金超,王炜

      2022(03):1-7, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2022.03.20220301

      摘要:

      对深海大兆瓦级浮式海上风电结构设计分析中的关键问题进行研究。浮式风电支撑结构采用美国国家可再生能源实验室(NREL)的OC3 Spar平台为基准模型。分别选用5 MW、6.7 MW和8 MW风机,采用比例因子设计法提出对应浮式支撑结构设计方案。考虑风荷载与波浪荷载联合作用,进行操作工况和极限工况下浮式支撑结构水动力分析及强度分析,分别得到支撑结构响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO)和结构关键节点应力响应随风机功率变化规律。提出大兆瓦浮式风电结构应力消减方案,经过验证,改进后结构应力显著降低。

    • 极端波浪条件下浅水系泊线张力陡增及应对方案

      王德志,王俊荣,宮浩男,朱魁星

      2022(03):8-16, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2022.03.20220302

      摘要:

      针对浅水条件下系泊刚度过大、在极端海况下容易出现系泊线张力陡增的问题,采用数值计算方法,研究系泊线张力陡增成因,分析2种水深下系泊线躺底段长度变化对半潜式平台最大水平偏移和系泊线最大张力的影响,并考虑海床参数对系泊系统响应特征的影响。结果表明:在浅水系泊中,系泊刚度过大及强非线性是导致系泊线张力陡增的重要原因;增加系泊线躺底段长度、减小系泊线轴向刚度,可有效改变和优化系泊系统水平方向总刚度,减小系泊线张力陡增幅值。优化系泊线躺底段长度的方案可用于浮式平台的浅水系泊系统。

    • 海洋平台气泡幕降噪性能及影响因素

      储乐平,李巍,赵瑞云,刘松,张苏飞,李楷,王延林,石艳芳

      2022(03):17-21, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2022.03.20220303

      摘要:

      为保证海洋平台在服役期间不影响周围海洋生物的生存,在海洋平台上设置气泡幕降噪系统。以海洋平台气泡幕降噪系统中的气泡发生管为研究对象,采用CFD软件STAR-CCM+计算气泡幕的体积分数,并分析气泡降噪的影响因素,包括喷孔数量、喷孔排列方式、孔径、通气量。结果表明,通气量对气泡幕体积分数的影响最大,排列方式次之,喷孔数量和孔径大小对气泡幕体积分数的影响较小。

    • 海冰与极地钻井立管相互作用数值模拟

      祝周杰,孙星宇,董睿,王刚,王国军,张大勇

      2022(03):22-27, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2022.03.20220304

      摘要:

      明确典型极地半潜式平台钻井立管结构的基本力学特征,采用海冰离散元软件分析慢、中、快冰速下不同水平刚度立管所受的冰载荷及海冰破碎特性。结合已有的柔性窄结构冰载荷模型,发现所研究模型在慢冰速和快冰速下适用于极地钻井立管,但冰速条件不一致。基于ANSYS软件对立管的抗冰性能进行数值模拟,结果表明立管的抗冰性能较差,需要采取抗冰措施。

    • 海洋双金属复合管的冲击载荷响应

      李英,颜星晗

      2022(03):28-32, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2022.03.20220305

      摘要:

      针对锚击等第三方威胁对双金属复合管产生外部冲击的问题,通过数值模拟仿真研究承受外部冲击载荷的双金属复合管的结构响应,分析不同落锚速度、冲击方向、管道运行状况、运行压力、锚质量对双金属复合管性能的影响。结果表明:管道凹陷损伤随落锚速度和锚质量的增加而增大,基衬分离程度随冲击方向呈现出不同的响应;垂直于管道轴线方向的冲击会造成最严重的损伤,但基衬分离程度最小;管道内压越大,管道的凹陷损伤越小,基衬分离程度越小;空管状况下管道受到的损伤最大,基衬分离程度最大。

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    • 半潜式平台四立柱波浪爬升及气隙试验研究

      张曦, 陈志勇, 范露

      2020(01), DOI:

      摘要:

      半潜式平台作为海洋资源开发的重要海洋工程装备之一,其立柱波浪爬高、内场气隙与砰击等参数对平台安全的影响是国内外学者关注的重点。本文采用模型试验方法对半潜式平台近场干涉、波浪爬升及气隙分布等关键问题进行了较为系统的研究。在海洋工程水动力学试验规程的指导下完成了系泊模式下半潜式平台水池模型试验,通过布设光学非接触式六自由度传感器、电阻式坦丝、力传感器、浪高仪等测量设备,获取平台瞬态运动响应、立柱壁面波浪爬升、内场气隙分布等测量参数,系统地分析了不同波陡参数、散射参数对平台气隙的响应特性。结果表明:波陡参数对内场气隙分布影响较大,当波陡参数kA=0.12~0.15时,平台运动幅值较大,平台边缘的气隙量较小;由于波浪爬升效应,立柱附近气隙量小于内场。研究结论对于平台设计、平台的安全运营具有指导作用。

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    • 某海上风电场基础结构防冲刷物模试验研究

      范少涛, 朱嵘华, 陶梓健, 张融圣, 刘寒秋, 田振亚

      2020(01), DOI:

      摘要:

      通过开展两种防冲刷方法对单桩基础防护的物模试验,研究不同防冲刷方法在某海上风电场海况下的防冲刷效果,并进行了不同冲刷方法的成本分析。结果表明:混凝土联锁排防护相比于抛石防护具有更强的防护效果;混凝土联锁排防护能通过柔性变形适应土体变形,达到有效防止沙土流失的效果;综合考虑下抛石搭配混凝土联锁排防护为最适合该风电场水文环境的防护方法。

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    • 钢悬链线立管S型铺设极限水深研究

      梁雪梅, 李英, 周楠, 王晓飞, 李斌

      2020(01), DOI:

      摘要:

      钢悬链线立管由于结构形式简单是深水开发油气的首选,S型铺设技术成熟,探究S型铺设钢悬链线立管的极限铺设水深意义重大。针对南海某气田中铺管船正常铺设SCR的作业,基于Orcaflex数值模拟对立管进行总体动态分析,确定立管可安全作业的阈值环境条件。研究了波浪方向、海流速度、立管外径、壁厚等对立管正常铺设作业窗口的影响,进一步分析了不同外径、壁厚立管在不同水深下的适用性,确定了立管极限安装水深。研究表明,立管作业窗口对波向较敏感,在随浪条件下进行铺管作业更为安全。随着立管外径、壁厚、表面流速增大,波高-周期作业窗口减小,极限铺设水深减小。

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    • 基于CEL的海上自升式稳桩平台桩基竖向承载力研究

      许海波, 叶兆艺, 郑龙, 沈佳轶, 朱亮, 李超杰

      2020(01), DOI:

      摘要:

      自升式稳桩平台被广泛应用于海上风电工程单桩基础沉桩施工。因此,开展自升式稳桩平台桩基竖向承载特性研究对平台的安全作业具有重要意义。采用有限元软件ABAQUS中的CEL数值模拟方法,分析江苏启东海域某自升式稳桩平台桩基承载特性,得到以下结论:(1)CEL数值模拟方法可以有效模拟桩腿贯入地层全过程,揭示桩腿贯入过程中土体密度演化规律;(1)CEL数值模拟和《海洋井场调查规范》所得的桩基承载力特征曲线基本一致;(3)推荐桩基安全贯入深度为10 m,位于土层②-2,粉质粘土层,此时理论和数值分析所得的桩基承载力都为4.0 MN。研究成果可为江苏启东海域自升式稳桩平台的安全作业提供理论支持。

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    • 浮式风机共享锚点系泊系统动力响应分析与成本评估

      张浩, 刘亚平, 谢凌俊, 何文涛

      2020(01), DOI:

      摘要:

      浮式风机在海上风能开发领域中具有巨大的发展潜力,但成本问题制约其发展。为提高海上浮式风电的系泊效率和经济效益,本文以NREL 5MW 海上浮式发电机组OC3 Hywind系泊系统为研究目标,研究了一种新的多条系泊线共享锚点的系泊设计方式,即风电场中多个相邻风机共享锚点,将多线锚净力定义为作用系泊线张力的矢量和,并在SIMA RIFLEX软件里进行时域响应模拟,对多线共享锚点系泊系统进行了动力响应分析以及成本评估。研究结果表明:(1)对于大规模的海上风电场,采用3线和4线共享锚点的设计可以使所需锚点的数量分别降低66.7%和75%。(2)与传统的单线锚系泊相比,3线与4线共享锚点的设计均使多线锚荷载的大小有所降低。(3)成本统计结果表明,对于风机数量为100的大规模风电场而言,采用3线、4线共享锚点的设计可使风电场中锚的总成本分别降低53.96%、68.65%,进而为共享系泊设计在海上风电场中的应用提供参考。

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    • 高强灌浆材料结合卡箍在导管架受损构件加固中的应用

      朱嵘华

      2020(01), DOI:

      摘要:

      以南海某海域一施工船与四桩导管架基础发生碰撞为背景,结合当前研究对导管架受损区域的承载力进行了分析,计算得到了受损截面凹陷处的轴向承载力和极限弯矩。同时,简述了海工领域中受损构件的加固修复方法,探讨了卡箍技术的理论研究现状及其在实际工程中的应用现状。基于典型灌浆卡箍修复技术提出了一种采用80MPa高强度灌浆材料结合卡箍技术进行加固修复的新方案,并采用有限元软件对加固后的组合结构进行了数值模拟,仿真结果表明该组合结构能有效改善导管架受损区域受力状况,提高结构的承载力。最后,简述了该方案的施工流程,以期为实际工程提供参考。

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    • 海上风电基础仿生草防冲刷试验

      朱嵘华

      2019(4):93, DOI:

      摘要:

      目前,海上风电基础冲刷问题难以得到有效解决,需开发一种经济、有效的防冲刷方案。针对仿生草防冲刷方案开展物理模型试验,探讨仿生草尺寸及布置方案对于海上风电单桩基础防冲刷效果的影响。结果表明,综合考虑防冲刷效果及成本的情况下,仿生草高度及布置半径存在一个最优值。仿生草高度为1.5m,仿生草布置半径为1.7倍桩径时,仿生草防冲刷效果较好,且较为经济。

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    • 基于FBG机械连接部件微渗漏监测应用研究

      沈碧桦, 刘瑾, 魏世杰, 何承宗, 李明阳, 张晨阳

      2019(4):87-92, DOI:

      摘要:

      FBG传感器是一种极具发展潜力和应用价值的新型传感器,文中简要介绍了FBG温度传感器的传感原理,针对目前多种光纤感测技术应用于机械管道渗漏监测中的不足,将FBG传感器在机械管道连接部件渗漏监测中实际应用。通过测量渗漏处产生的温差,分析管道连接系统的连接状态,并设计了试验对其可行性及影响因素进行探究。结果表明:该方法用于渗漏监测可以在短时间内对温度的变化做出反应,从而有效地对渗漏做出预警,在无风环境下能测出1.81℃的渗漏稳定温差,具有良好的可行性;此外,风速、水温两个因素会对稳定温差产生影响,该方法在风速较大、水温与环境温度相差较大时具有更加良好的渗漏监测效果。

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    • 组合荷载下海上风机塔架受力特性数值分析

      陈大江, 汪子晗, 沈佳轶, 胡忠平, 郑川

      2019(4):78-86, DOI:

      摘要:

      海洋环境复杂多变,仅考虑风荷载并不能很好地反映海上风机的受力特性,研究组合荷载下海上风机塔架的受力特性在海上风电工程中具有重要意义。基于江苏启东海域6 MW海上风机资料,采用GH Bladed软件开展组合荷载下海上风机塔架的受力特性数值模拟,得到以下主要结论:(1)相较于风荷载作用,风荷载+波浪荷载组合作用下,风机塔架基础底面所受峰值剪力提升了72%,峰值弯矩提升了8.3%。(2)波浪荷载对基础所受剪力和弯矩的影响显著,在相对波高为4时,基础地面所受相对剪力和相对弯矩分别为提高3.04和1.44倍。(3)相较于风荷载作用,风荷载+地震荷载组合作用下,风机塔架基础底面所受峰值剪力提升了76%,峰值弯矩提升了21%。研究成果可为海上风机设计及施工提供理论支撑。

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    • 砂性基础中大直径单桩水平承载力预测模型

      陈大江, 詹懿德, 张强, 张毅, 郑莉

      2019(4):72-77, DOI:

      摘要:

      江苏岸外辐射沙洲是江苏省重要的海上风电规划区域,研究该区域大直径单桩水平承载特性在海上风电工程中具有重要意义。基于现场试桩和有限元数值模拟相结合的研究方法,开展单桩水平极限承载力分析数值模拟,得到以下主要结论:(1)试桩的桩身挠度在近桩底处趋于零,呈现典型的柔性桩特征;随着水平荷载的增大,试桩桩身最大弯矩逐渐增大,所在位置逐渐下移,约在泥面以下2.2D~2.5D处。(2)提出了大直径单桩水平极限承载力预测模型,基于该模型所得单桩水平极限承载力预测值与数值模拟结果相符得很好,平均相对误差仅为4.9%,最大相对误差小于11%。

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    • 移动注热平台栈桥蒸汽管线设计方案研究

      王春霞

      2019(4):65-71, DOI:

      摘要:

      渤海某区块油田开发项目拟采用一种新型的稠油热采模式,即建造一可移动注热平台,通过栈桥与热采平台连接,交替为多个的热采平台提供合格的蒸汽。热采平台平台受风、浪、流等因素的影响会产生相对运动,使生根在栈桥上的蒸汽管线发生拉伸、压缩或扭曲。因此与常规的蒸汽管线或栈桥管线设计相比,移动注热平台的栈桥蒸汽管线设计难点为:高温高压蒸汽不能采用软管连接,只能采用硬管连接;平台运动引起的栈桥位移产生的位移应力及大位移引起的支架脱空导致持续应力超标的问题;注热启停温度变化、波浪随机运动造成的位移变化使管线产生交变应力,逐步积累使管道发生疲劳破坏。结合ASME B31.3和DNV规范,基于CAESAR II 应力分析软件对蒸汽管线进行详细的静态分析及疲劳分析,解决了上述难点,论证了可移动注热平台通过栈桥为热采平台输送蒸汽的可行性。

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    • 考虑基于变分模态分解方法的冲击载荷截止频率阈值影响的管系冲击响应研究

      帅剑云, 刘松, 王伟, 肖梦凡, 张守杰

      2019(4):59-64, DOI:

      摘要:

      【目的】 海上浮式装置的力学分析严苛性,如不针对冲击载荷加以分析并优化,其过高的截止频率将给后续设计工作带来极大的设计困难。对管系进行动力学响应分析时,选用不同截至频率得到重构的冲击载荷的结构响应结果有较大的区别。【方法】采用变分模态分解方法(VMD方法)得到冲击载荷的各本征模态函数、对应频谱的特征频率及最大加速度幅值。并通过选取不同的截止系数,重构得到不同的冲击载荷。【结果和结论】通过数值仿真研究发现,截止系数为0.01时,重构的冲击载荷的动力学响应与原始冲击载荷的动力学响应基本保持一致。在保证足够的安全裕度的前提下,截止系数选为0.2时,可以获得更低的截止频率。

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    • 漂浮式风机运动抑制方法综述

      王一, 周舒旎, 温斌荣, 田新亮, 彭志科, 倪远翔, 蒋运和, 张浩

      2019(4):53-58, DOI:

      摘要:

      漂浮式风机是风电装备大型化和离岸化发展的必然结果。在海洋风浪流等外源激励和叶片/塔筒振动等内源激励的联合作用下,浮式平台往往发生复杂的随机耦合振荡运动,影响浮式风机系统的动力学稳定性,增加结构疲劳载荷,威胁浮式风机系统的安全稳定服役。因此,通过可靠可控的技术手段,实现浮式风机系统支撑平台的运动抑制,对于保障浮式风机的安全性与可靠性具有重要意义。综述了各类主要浮式风机运动抑制方法与技术,介绍了各种方法的基本原理、技术特点、研究现状和应用情况,以期为相关领域研究人员提供技术参考和研究思路。

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    • 一种中压电滑环设计方案

      常大飞, 彭晨, 杨健, 辛顺, 刘鸿雁, 田志强

      2019(4):45-52, DOI:

      摘要:

      本文根据 FPSO 单点系泊系统对中压电传输、防护防爆性能等技术要求,阐述了中压电滑环产品设计研究工作,主要描述中压电滑环的导电环、电刷模块、绝缘子、电缆、接线端子等零部件选型设计、制造及检测,同时进行耐压、密封、防爆等环境适应性设计。提出了基于铝青铜+纳米银基石墨复合材料的电接触摩擦副、双驱动臂结构、高安全性防爆密封等具有创新性的设计。该中压电滑环设计方案弥补了国内在此领域的不足,形成具有自主知识应权的中压电滑环产品设计方案,并符合船级社和相关石油协会规范的要求。

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    • 基于有杆采油的导管架式平台安全性研究

      刘金海, 王本升, 余焱群

      2019(4):37-44, DOI:

      摘要:

      海上平台实施有杆采油技术是提高海上稠油热采效率的有效途径之一,但平台安全是新技术实施的前提。基于结构的极限工作状态及累积损伤理论,建立了导管架平台增加载荷的安全评价标准;针对导管架式固定平台,建立了海洋环境-有杆采油联合作用下的海洋平台力学模型。以LD某导管架平台为例,选用50年一遇的极值海洋环境载荷,基于安全准则得到目标平台的加载阈值;按有杆采油的设计额定载荷计,该平台在加载前后的安全系数降低不超过3%,由此可见导管架式平台具有足够的结构强度承受有杆举升工艺所产生的附加载荷。

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    • 基于NARX神经网络的系泊系统传递函数识别方法研究

      许诺雅, 张敏, 张鏖, 沈俊

      2019(4):30-36, DOI:

      摘要:

      提出一种基于NARX神经网络和谐波探测法的非线性系统传递函数识别方法。该方法能够基于实测响应数据,采用NARX神经网络方法对结构响应模型进行训练。在此基础上采用谐波探测法得到系统响应传递函数。选取深海半潜浮式平台及系泊系统为研究对象,计算了平台及其系泊系统在不同波浪工况作用下的时域耦合响应,以波高和系泊缆张力时程作为数据集,利用NARX神经网络结合谐波探测法辨识此系泊系统的响应传递函数。通过采用识别的传递函数预测系泊缆在不同海况下的张力响应,并与数值计算结果对比,证明了NARX神经网络结合谐波探测法可以较好的识别系泊浮体系统的非线性响应传递函数,并能够对系泊系统的张力响应进行准确预测。

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    • 基于PID的ROV运动控制仿真

      施兴华, 季葛盛, 钱佶麒, 张婧

      2019(4):24-29, DOI:

      摘要:

      针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题。建立ROV不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和PID(Proportion Integral Differential)即比例积分微分控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,相比传统PID控制,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,能够有效的实现ROV定艏向和定深度运动控制。

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    • 半潜式医疗平台设计及水动力性能分析

      唐昊, 王寿军, 潘尾, 邵绪新, 孙苑芳, 刘贵杰

      2019(4):20-23, DOI:

      摘要:

      采用模块化设计思路,提出半潜式医疗平台开发新思路。借助CFD技术对病房通风系统的效果进行数值模拟,通过对不同方案通风系统的效果进行对比。并分析其在复杂海洋环境中的水动力学响应,重点分析平台水动力性能对人员舒适程度的影响规律。所得结论为半潜式医疗平台开发提供参考。

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    • 隔水导管复合管柱载荷转移技术研究

      万军, 胡南丁, 庞洪林, 王佳康, 吴景健, 刘询

      2019(4):14-19, DOI:

      摘要:

      隔水导管-水泥环-表层套管的复合管柱结构具有可观的富裕承载力。通过载荷转移技术将此部分富裕承载力用于承担导管架平台载荷,可优化桩腿尺寸和入泥深度,降低平台建造成本。提出了将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管的复合管柱结构的方式来提高导管架平台承载能力的方法。分析了导管架平台与隔水导管复合管柱结构相互作用机理,并建立了隔水导管复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及隔水导管复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型的六腿平台为例进行了平台载荷转移分析,得到载荷转移方式在保证管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构,减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供了理论指导。

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    • 海水声速模型研究进展及南海声速模型展望

      彭莉虹, 张宝金, 顾元, 李延, 马金凤, 耿明会

      2019(4):6-13, DOI:

      摘要:

      海水声速具有三维和随机时变的特点,构建海水声速模型是研究海水声速的重要手段之一。总结了海水声速模型研究进展,将海水声速模型分为数字模型及数值模型,数学模型以经验公式、Munk模型、GDEM 模型为典型代表,数值模型以EOF模型为主要类型,基于全球数据集得到广泛应用。数学模型具有良好的拓展性但过于理想,数值模型可以达到较高的声速拟合精度,但也存在局限性,需要进一步发展。由此,以南海声速模型为切入点,总结了南海声速模型的研究需要和应用需求,认为南海海水声速模型将在高精度宏观三维声速模型、动态预报宏观声速模型的方向上,不断深化应用领域,取得新的进展。

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