Ansys在海洋石油工程中的应用_部分2

第一章引言计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化 ，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。

数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。

现代化石油科技的一个突出特点就是把原有的石油及其它学科的理论、方法与不断发展的计算机技术结合起来，采用多学科联合攻关，从而形成新的石油理论和方法或制造出新型仪器、工具和设备，以最现代化的计算机软硬件技术为手段综合应用多学科技术解决石油天然气工业中的技术难题，进而提高油气勘探、开发、开采、运输与油气加工工程的科学技术水平和经济效益。

近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科－计算机辅助工程CAE。

这些商品化的CAE软件在石油天然气工业领域的应用不断普及并逐步向纵深发展，CAE工程仿真在石油天然气工业设计中的作用变得日益重要。

在众多的CAE软件中，在石油领域应用最多、最广的软件是ANSYS软件。

在石油天然气工业领域，CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数大幅度地降低产品研发成本在精确的分析结果下制造出高质量的产品能够快速的对设计变更作出反应能充分的和CAD设计结合并对不同类型的问题进行分析能够精确的预测出产品的性能1－2、ANSYS数值模拟在石油工业中的应用领域ANSYS具有非常强大的多物理场分析功能和无可比拟的求解深广度，其求解功能几乎涵盖了石油天然气工业的所有设计领域。

在石油工业中，ANSYS的研究应用领域包括：地球物理勘探 油气开发工程 石油钻井工程 采油工程油田地面工程建设 石油机械工程 油气储运工程 海洋石油工程 压力容器设计图 1－2、ANSYS 油藏构造应力场反演结果 图 1－3、ANSYS 传动齿轮滚动接触应力图1－4、ANSYS 计算流体力学分析 图1－5、ANSYS 石油套管外挤变形仿真图1－1、ANSYS 四桩腿采油平台设计第二章 ANSYS在油气勘探开发中的应用油气勘探开发工程的研究内容之一是进行盆地多学科综合研究，以提高对区域地质和石油地质的认识。

有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用摘要：作为工程设计—分析链条中的分析软件,基于设计分析应紧密集成现代设计法概念,它能与多数CAD软件联接,实现数据的共享和交换,ANSYS软件本身是通用有限元分析软件,针对具体的应用领域,以ANSYS软件核心模块为内核, ANSYS公司还提供了板成型专用软件包,土木工程专用软件包、疲劳及耐久性专用软件包,解决了通用软件专业化应用的问题。

ANSYS软件目前还提供了中文用户界面,率先解决了有限元分析软件的本地化问题,为中文用户提供了极大的方便。

本文分析了有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用。

关键词：有限元分析软件；ANSYS；海洋工程；应用；常规的海洋工程结构设计中,按照规范的要求必须进行结构的静力、动力结构有限元分析,甚至还要进行包括材料非线性和几何非线性在内的非线性有限元分析。

ANSYS软件以其强大的分析求解功能完全适合海洋工程的研究与设计工作的要求。

一、有限元分析软件ANSYS概述软件分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

启动ANSYS,进入欢迎画面以后,程序停留在主程界面，用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行,也可以在命令输入窗口通过键盘输入。

命令一经执行, 由ANSYS 自动读入并执行, 这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。

这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时,能有效地提高工作速度。

软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。

可用于各类平台及海底管线的水下圆管构件的模拟,进而可以完成导管架平台、自升式平台、坐底式平台、半潜式平台以及海底管线的结构整体静力与动力有限元分析。

ANSYS有限元分析在石油工业中的应用引言:ANSYS有限元分析（Finite Element Analysis）是一种通过数值方法来模拟和分析工程结构在不同工况下的应力、应变、温度和变形等物理现象的技术。

在石油工业中，ANSYS有限元分析可以应用于油井钻探、油井完井、油井生产、油井压裂等各个环节中，帮助工程师优化设计和提升工作效率。

1.地层力学分析ANSYS有限元分析可以对地层力学进行建模和仿真，帮助工程师了解地层中的应力和变形特性。

通过对地层进行模拟，可以预测地层中的应力分布、变形情况，从而优化油井的设计和施工方案，提高油井的钻孔质量和完井效果。

2.油管强度分析油管在油井中承受着高温高压和复杂工况下的载荷，因此油管的强度分析是非常重要的。

通过ANSYS有限元分析，可以对油管的受力情况进行建模和仿真，了解油管受力、应力和变形情况，从而评估油管的强度和安全性。

此外，也可以在设计阶段对油管进行优化，提升其抗压能力和抗拉能力。

3.放射状碎裂模拟在油井压裂过程中，通过高压液体将地层岩石破碎，以增加油井的产能。

ANSYS有限元分析可以模拟压裂过程中的放射状碎裂，研究岩石的断裂特性和裂缝扩展规律。

通过模拟和分析，可以优化油井的压裂工艺，提高压裂效果和油井的产能。

4.油藏渗流分析油藏渗流分析是石油工业中非常重要的一项研究内容，它可以揭示油藏中的油水气流分布、渗流路径和油水气的运移规律，对于油藏开发和油井生产有着重要的指导作用。

ANSYS有限元分析可以模拟油藏中的渗流过程，通过建立数学模型和参数模拟流体的运动和连续方程。

通过模拟和分析，可以评估油藏开发的效果，指导油井生产的调整。

5.油井完井优化ANSYS有限元分析还可以用于油井完井的优化设计。

通过模拟和分析常规完井工具和技术的使用效果，可以评估完井的质量和效果。

此外，可以借助ANSYS软件的优化功能，对完井方案进行优化，提高完井效率和产能。

结论:ANSYS有限元分析在石油工业中的应用非常广泛，它可以用于地层力学分析、油管强度分析、压裂模拟、油藏渗流分析和油井完井优化等方面。

第三章 ANSYS在石油钻井工程中的应用从某种意义上说，石油钻井工程与航天工程相类似，Array地面以上有井架与钻井动力系统，循环净化系统、后勤安全保障系统等；地面以下包括钻柱、钻挺、井底钻具组合（BHA）或井下动力钻具、导向系统（MWD）、钻头、以及油层目标靶点等。

就井身结构可区分为垂直井、定向井、（长、中、短半径）水平井、多底井、大位移水平井、侧钻水平井等多种复杂的井身结构。

由于钻柱结构受力的复杂性，对于钻井系统中大到系统结构，小到各个部件的力学性能、静态强度、动力学特性都对钻井系统产生重要影响，而钻井系统中的系统结构和大多数零部件都可以采用ANSYS有限元仿真进行模拟分析。

ANSYS分析系统可以在以下诸方面发挥优势作用：石油钻机井架系统结构设计钻柱强度与环空动力学钻头与BHA设计高压水射流破岩井下环空流体动力学钻柱接头与井下工具优化设计地面钻井配套设备静、动力学3－1、ANSYS对石油钻机井架解决方案石油钻机井架作为石油钻采设备钢结构的重要组成部分，其杆件多、受力复杂，且由于使用工况复杂，对其进行精确的计算和分析十分重要。

石油钻采井架结构型式种类繁多，除少数特殊井架外，基本类型有塔形、前开口式、A形及桅形等。

ANSYS的结构静力分析可用来求解外载荷引起的位移、应力和力。

静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。

ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。

南阳石油机械厂应用ANSYS软件对225吨开口直立式海洋平台石油钻机井架进行静力分析。

计算模型按照设计图样建立，在考虑有无立根、钓载、不同风速及不同地震烈度等条件下，进行了七个工况的计算，得到了各构件的应力、应变及发生的位移。

但仅知各构件的应力并非完全可知各构件是否满足设计规范的安全性要求。

应用ANSYS提供的APDL语言对各构件单元按照APISpec 4F 规范要求进行校核，判断各构件是否满足安全性要求。

基于ANSYS的LNG储罐风载荷效应数值分析姜永胜，苏娟，苏龙龙，郭冠群，陈程（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300450）[摘 要] 为研究风载荷对大型全容式LNG储罐的影响，以某项目16万m 3储罐为模型，借助ANSYS有限元软件，搭建LNG储罐精细化模型。

依照《建筑结构荷载规范》，计算储罐墙体和穹顶处风压值，借助APDL工具，为有限元模型单元加载差异化风载荷，仿真分析风载荷效应。

数值分析结果表明，风载荷产生的位移和应力相对较小，并非控制工况。

分析了结构相对薄弱处的位移和应力规律，可供相关工程和设计人员参考。

[关键词] LNG储罐；风载荷；ANSYS；数值分析作者简介：姜永胜（1988—），男，山东潍坊人，研究生，中级工程师。

海洋石油工程股份有限公司工程师。

图1 16万m 3LNG储罐有限元模型图表1 C50和C40等级混凝土主要参数表液化天然气（Liquefied Natural Gas ，简称LNG ）主要成分为甲烷，是一种公认的优质清洁能源。

目前，随着环境保护要求越发严格，LNG 所占能源消费比率激增，随之配套的大型全容式储罐建造数量持续增多。

据相关机构统计，目前全世界已有逾百处LNG 接收站及配套工程，已建造LNG 储罐数目达到300多座。

LNG 储罐遭受较大载荷时可能会发生失效或损坏，将会对运行效率和生产安全造成严重后果。

因此，合理考虑载荷作用效果，优化结构设计，对储罐安全性和经济性具有重要意义[1,2]。

1 工程概况以某项目一座16万m 3LNG 储罐为研究对象，底部承台外径89m ，外围区域厚度1.2m ，中心区域厚度1m ；墙体内径84m ，最大厚度0.8m ，最小厚度0.7m ；穹顶内径84m ，矢高10.154m ，厚度0.4-2m 不等。

桩基采用灌注桩形式建造，直径1.2m ，桩帽直径1.5m 。

2 ANSYS 有限元模型大型LNG 储罐结构属于特种结构，各部位厚度不一，多种结构连接处截面相对比较特殊，交叉点受力状况复杂。

有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用
杨树耕;孟昭瑛;任贵永
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2000(015)002
【摘要】结合应用有限元分析软件ANSYS进行海洋工程设计与研究实践,针对海洋工程领域中的各类工程结构分析问题,介绍有限元分析软件ANSYS的应用.【总页数】4页(P41-44)
【作者】杨树耕;孟昭瑛;任贵永
【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072;天津大学建筑工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】P752
【相关文献】
1.有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用(续1)第二讲采用ANSYS程序的导管架平台结构有限元分析
2.ANSYS有限元分析软件在除尘管道改造中的应用
3.有限元分析软件Ansys在模态分析中的应用
4.ANSYS有限元分析软件在皮带机架选型及设计中的应用
5.ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用
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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：猕辱签字日期：伽ｏ；年／月矽日导师签名：搞祠藉签字日期；ｌ耐年，月．却日第一章绪论第一章绪论１。

ｌ磁究的基的翻意义磐遵逛辕是瓣羲蹩赛土第疆瓣重要戆遣辕方式。

海窳淫气管遴，怒海洋溱气集输与贮运生产系统中的一个熏要组成部分。

通过海底油气管邋，把海上油气田静熬个袖气集输留跫运系统联系超采，氇使海上漓气舀与整个蠢油工敛系统联系起来。

近华来，海底管线的口径、数摄和应用范围都在稳定的增长。

能源危机使得犬陆架的石油和天然气资源的开发有所增加，而把这些石油和天然气从海上平台竣至岸上的最经济驰警段就是用海廉罄线。

在涤零潮或海区感处理帮改程王业废料，是海底管线的另一个广泛应用领域。

由于这种管线通常都处于恶劣的环境条俦之下，茏其莛在毒簿浪遮莰，管缀事鼗搴歪奁增燕。

浚诗工程ｊ｜｝｜ｉ销意识到管线事故所造成的高额修复费用和环境条件的危险性，管线有时候设计的过予保守，丽使建设费掰过于辩贵。

戳魏，迨韬焘娶一种裔效丽先进盼浚诗和计算方法。

随着海底管线的设计观点、设计方法和设计规范的不断更掰，以及计算机技术的飞速发展，斑用有限元分析软件辩海底管线结构进行分析计算已成为主婺的方法。

ansys在海洋石油工程中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，其在海洋石油工程中的应用也日益广泛。

本文将从油井钻井、海洋平台设计和海洋结构分析三个方面介绍ANSYS在海洋石油工程中的应用。

ANSYS在油井钻井方面的应用主要体现在钻井液的流动分析和井壁稳定性分析。

钻井液是钻井过程中至关重要的环节，它不仅需要满足冷却和润滑的要求，还需要具备控制井壁稳定、输送钻屑等功能。

通过ANSYS的流体动力学模拟，可以模拟钻井液在井筒中的流动情况，优化钻井液的配方和参数，提高钻井效率和安全性。

同时，ANSYS还可模拟井壁稳定性，通过分析井壁受力情况和岩层应力分布，预测井壁稳定性问题，为钻井操作提供科学依据。

ANSYS在海洋平台设计方面的应用主要包括结构强度分析和动力响应分析。

海洋平台作为石油开采的基础设施，其结构强度和稳定性对于保证平台安全运行至关重要。

通过ANSYS的有限元分析，可以对平台结构进行强度和刚度分析，评估结构的承载能力和疲劳寿命。

此外，海洋平台还需要面对海浪、风载等外部环境力的作用，因此动力响应分析也是不可或缺的。

ANSYS可以模拟海浪和风载作用下平台的响应情况，评估平台的运动性能和舒适性，为平台设计和改进提供依据。

ANSYS在海洋结构分析方面的应用主要涉及海洋管道和海底设施。

海洋管道作为石油和天然气的重要输送通道，其安全性和可靠性直接关系到石油开采的效益和环境保护。

通过ANSYS的结构分析，可以评估管道的强度和稳定性，预测管道在海底环境中的受力情况，从而指导管道的布置和支撑设计。

此外，海底设施如海底井口和海底储气库也需要经过ANSYS的分析和模拟，以确保其在海洋环境中的运行安全和稳定性。

ANSYS作为一款强大的工程分析软件，在海洋石油工程中发挥了重要作用。

通过ANSYS的应用，可以优化钻井液配方，提高钻井效率和井壁稳定性；可以评估海洋平台的结构强度和动力响应，确保平台的安全运行；还可以分析海洋管道和海底设施的强度和稳定性，指导其设计和布置。