B1-001自升式平台作业过程中RPD问题研究

自升式平台作业过程中 RPD问题研究秦洪德 副教授 哈尔滨工程大学船舶工程学院 深海工程技术中心 2009年8月

第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会

目录 自升式钻井平台的结构形式及RPD的定义 、成因、分类、测量及意义 RPD研究状况(基于有限元的二维、三维 敏感性分析及时域数值模拟)

RPD的研究热点问题以及研究趋势

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典型自升式钻井平台的结构形式： 平台主体：生产生活场所(功能舱室、钻采设备) 拖航时提供浮力

桩腿：支撑平台海上作业，将平台主体承受载荷传递到海底 升降机构：完成平台与桩腿之间的相对升降运动完成平台主体与桩腿之间力的传递的 构件主要有： 平台升降中：齿轮齿条、导向板 平台完成升降后：齿轮齿条、导向板 固桩楔快(chock)

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桁架式桩腿结构： 主弦管 主弦管上的 齿条板 水平横撑 斜撑 桩靴或沉垫

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升降机构的结构形式：

每根主弦管上布置若干套升降装置

每套升降装置由独立马达驱动

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平台主体、升降机构及桩腿的接触形式：

齿轮与齿条 桩腿与导向板 固桩楔块

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RPD的定义： RPD (Rack Phase Difference)指的是，桁架式桩腿自 升式平台，同一桩腿上两相邻主弦管的具有相同标高 的齿条板相对于提升系统框架顶部的竖向位移的绝对 差值 。

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RPD的分类： Free RPD在设计时，平台主体上的导向板与桩腿之间有 一定的装配间隙(clearance:5mm~15mm) ,这允许平台主体与桩腿之间产生一定相对转 动，且这种转动不产生附加的支撑管载荷。

产生支撑管载荷的RPD当RPD超过free RPD后，桩腿与平台主体之间 将产生附加弯矩，构成平台上、下导向板之间 桩腿部分的支撑管将由于附加弯矩而受压或受 拉。这种形式的RPD可能会导致平台失效。

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RPD的成因：海底状况

海底不平整 土层强度不均匀 上次插桩留下的痕迹

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RPD的成因：其它环境载荷 海底基底条件不同形成作用力 其它环境载荷(风、浪、流)形成作用力 作用力都有桩腿和平台接触部位来抵抗( 齿轮与齿条、导向板) 每根桩腿上三根主弦管作用力都不均匀

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RPD的根本成因： 环境载荷，以及海底情

况产生的附加弯 矩在平台主体与桩腿连接处的传递1 垂向力偶来承担(不同小齿轮受力不同)2 横向力偶来承担(RPD超过free RPD之后， 上下导向板与平台主体相接触)

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RPD的测量 RPV(Rack Phase Value): 三根主弦管上具有相同标高的齿距平台上某一平面(一般取 jack case的上表面)的距离。

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RPD的测量：

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RPD的意义：1.表征桩腿相对于主体的倾斜

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RPD的意义：2.表征桩腿支撑管载荷

2001年冬天， 工作在北海的 GSF Monrch平 台桩腿失效

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RPD的研究进展：

近十五年被重视 基于有限元：二维到三维 基于经验估计到时域模拟第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会

相关的RPD规范要求： SNAMESociety of Naval Architects and Marine Engineers Technical and Research Bulletin 5-5A

ISOPetroleum and Natural Gas Industries—Site specific assessment of mobile offshore units (ISO/WD 19905-1.4) SNAME与ISO规范，在自升式平台海底基础完成性方 面(foundation integrity)的内容基本一致

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相关的RPD规范要求：

对RPD只有相关文献的研究结论， 而没有相关的规范要求第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会

RPD的二维模型受力分析 ：

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RPD的二维模型受力分析 ：

当平台桩腿产生滑移，如跌入前次插桩的足印时，可 以以一作用在桩靴上的弯矩来描述 第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会

RPD的二维模型受力分析 ： 平台主体与桩腿之间的力的传递形式有齿轮与齿条(垂向 力偶)、齿条与导向板(横向力偶)以及固桩楔块(仅在 升降完成之后) 桩腿下导向板以下的剪力和弯矩不因桩腿与平台主体接触 位置的弯矩不因载荷的传递形式而改变 当平台主体与桩腿接触处载荷的传递形式为垂向力偶时， 下导向板以下桩腿部分的剪力为0 当平台主体与桩腿接触处载荷的传递形式为水平力偶时， 则在下导向板处，剪力的方向发生了改变。值得注意的是 ，对于极浅水的情况，最大剪应力发生于上下导向板之间 的部分 在给定水深、主弦管间距以及齿条导向板间隙时候，导向 板之下的桩腿横向变形主要取决于弯矩，而在导向板之间 的桩腿横向变形则取决于剪应力

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