在役海洋修井机底座承载能力评估研究

摘要

海洋修井机是海洋平台上修井作业中的重要设备，由井架和底座组成。底座承载着整个海洋修井机的重量和作业载荷，其承载能力直接影响修井机的安全使用和作业生产。服役后期的在役海洋修井机底座由于常年受海洋高盐环境及海水喷溅，现场维护条件有限，底座许多承载梁腐蚀严重，腐蚀大大降低了底座的承载能力，给底座和修井机的正常安全作业带来隐患。由于目前无法对在役海洋修井机底座进行现场应力测试获得底座实际应力分布，因此工程上大都使用有限元软件，结合底座建造图纸和现场超声波测厚建立底座有限元计算模型，计算分析底座应力、位移分布。但工程上所采用的底座有限元计算并未考虑底座承载梁所存在的截面局部锈蚀、腐蚀穿孔、烂片等腐蚀损伤，计算误差较大。本文研究分析了腐蚀损伤对在役海洋修井机底座主承载梁强度的影响规律，并在考虑底座腐蚀损伤的情况下对海上某平台在役海洋修井机底座进行了承载能力评估。为实现在现场对在役海洋修井机底座进行应力测试，本文设计研究了一套在役海洋修井机底座加载装置。本文所作研究总结如下:
　　1.主承载梁是底座在承受作业载荷时受力较大的杆件，其强度对底座的承载能力影响至关重要。本文首先依据现场检测和前人研究成果对在役海洋修井机底座主承载梁包含的常见腐蚀损伤类型及特点进行了归纳:点蚀、截面局部锈蚀、腐蚀穿孔。提出使用损伤系数表示腐蚀损伤对底座主承载梁强度的影响。然后使用ANSYS软件研究分析了主承载梁常见腐蚀损伤对海上某平台在役海洋修井机底座主承载梁强度影响规律，得到了腐蚀部位的应力分布和腐蚀损伤系数随腐蚀参数、腐蚀位置、受力大小的变化规律，并介绍了含腐蚀底座主承载梁有限元建模技术。
　　2.提出了一套含腐蚀在役海洋修井机底座承载能力评估流程，依据该流程对海上某平台在役海洋修井机底座进行了承载能力评估。对该底座进行现场检测，检测结果表明该底座腐蚀严重。以实体单元模拟底座含腐蚀损伤承载梁、梁单元模拟不含腐蚀损伤承载梁的有限元建模方法计算耗时较长，且现场测量工作量大。因此本文首先依据现场检测数据，使用beam189单元建立不考虑腐蚀损伤的底座有限元模型，通过有限元数值分析得到底座在各工况下的应力分布和位移分布，依据标准SY6326对底座进行强度校核。然后建立底座含腐蚀损伤主承载梁实体模型，使用ANSYS软件分析研究主承载梁应力分布，通过第四强度理论校核底座含腐蚀损伤主承载梁强度。底座评估结果表明:该平台在役海洋修井机底座在各工况下能承受的最大钩载为1200000N，最大转盘载荷为900000N，最大立根载荷为590000N。
　　3.研究设计了一套在役海洋修井机底座加载装置，该加载装置能实现在现场对在役海洋修井机底座施加模拟井架游车大钩载荷、转盘载荷，为准确评估在役海洋修井机底座承载能力提供有效途径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题国内外研究成果

1．2．1 海洋修井机底座承载能力评估研究现状

1．2．2 海洋钻修井机井架承载能力评估研究现状

1．2．3 钢结构损伤识别技术研究现状

1．2．4 在役海洋修井机底座应力测试载荷加载装置研究现状

1．2．5 含腐蚀钢结构强度评估研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 腐蚀损伤对在役海洋修井机底座主承载梁强度影响规律

2．1 前言

2．2 无腐蚀损伤底座主承载梁有限元计算模型建立

2．3 点蚀损伤对在役海洋修井机底座主承载梁强度影响规律

2．3．1 单点蚀损伤对在役底座主承载强度影响规律

2．3．2 点蚀坑中心间距对在役底座主承载强度影响规律

2．3．3 含点蚀损伤主承载梁有限元建模技术

2．4 截面局部锈蚀损伤对在役海洋修井机底座主承载梁强度影响规律

2．4．1 矩形槽法

2．4．2 多点蚀坑法

2．4．3 含截面局部锈蚀损伤主承载梁有限元建模技术

2．5 腐蚀穿孔损伤对在役海洋修井机底座主承载梁强度影响规律

2．5．1 含腐蚀穿孔损伤主承载梁有限元模型建立

2．5．2 穿孔宽度对含腐蚀穿孔损伤主承载梁强度影响规律

2．5．3 穿孔曲率对含腐蚀穿孔损伤主承载梁强度影响规律

2．5．4 含腐蚀穿孔损伤主承载梁有限元建模技术

2．6 本章小结

第三章 海上某平台在役海洋修井机底座承载能力评估

3．1 前言

3．2 底座现场检测

3．2．1 底座使用情况调查

3．2．2 底座外观检查

3．2．3 底座磁粉探伤

3．2．4 底座超声波测厚

3．3 底座有限元研究分析

3．3．2 底座有限元模型建立

3．3．3 载荷及分析工况

3．3．4 底座有限元结果分析

3．4 底座承载能力评估

3．4．1 底座杆件强度校核

3．4．2 底座含腐蚀主承载梁强度校核

3．4．3 底座承载能力评估

3．5 本章小结

第四章 在役海洋修井机底座加载装置设计研究

4．1 前言

4．3 加载装置设计研究

4．3．1 设计参数

4．3．2 设计方案

4．3．3 与前人研究成果对比

4．4 主要零部件选型及强度校核

4．4．1 加载液压缸选型及强度校核

4．4．3 SWL蜗轮螺杆升降机选型及强度校核

4．4．4 底座支承固定机构选型及强度校核

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文内容总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

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