下载文档原格式
张力腿安装及在位状态受力分析与强度评估王世圣;谢彬【摘要】张力腿用于系泊TLP平台,为TLP系统的重要组成部分。
设计要求必须进行安装和在位分析,以保证平台的安全性。
张力腿在安装下主要承受波浪和流载荷作用,而在位状态还要受到平台偏移的影响。
为准确计算张力腿内力,建立了张力腿安装和在位状态下的有限元模型,采用时域分析的方法进行分析。
根据张力腿的实际结构,考虑了多种载荷,包括风、流、波浪、静水力和重力的影响。
对张力腿内力进行了数值计算。
计算结果给出了张力腿在不同状态下的最大内力,并依据规范对张力腿的总体强度进行评估。
【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2018(005)005【总页数】6页(P327-332)【关键词】平台;张力腿;外载荷;内力分析;强度评估【作者】王世圣;谢彬【作者单位】[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;[1]中海油研究总院有限公司,北京100028;【正文语种】中文【中图分类】U656.60 引言TLP是一种典型深水浮式平台，因采用一组张紧钢管系泊，所以又称为张力腿平台。
无论在安装还是在位状态下，张力腿必须始终保持受拉状态，张力腿预张力在安装时依靠浮筒产生浮力张紧，在位状态下由平台浮体的剩余浮力提供。
张力腿在安装和在位状态下，由于风、浪、流环境载荷的作用，将产生大幅度的偏移，作用在张力腿上的张力随平台偏移而增大，同时产生截面弯矩。
在TLP系统中张力腿是平台的重要组成部分，设计要求其必须满足规范要求，以保证平台在安装和在位状态下的安全性。
以南海油气田为目标完成了TLP设计。
为验证TLP张力腿的设计是否满足要求，本文采用有限元法，分析了安装和在位状态下的偏移和所承受的张力和弯矩，对影响张力腿张力的因素进行了讨论，最终依据规范API RP 2T[1]对张力腿的强度进行了评估。
1 张力腿的安装分析TLP系统主要由浮体、张力腿和立管构成。
TLP的安装过程分为两个阶段，首先是张力腿预安装，通过安装船按设计长度将张力腿安装在海底地基上，张力腿底部依靠专用连接接头与基座连接，张力腿自由站立状态靠顶部安装浮力筒提供预张力，为防止张力腿相互干涉，一般用钢缆连在一起。
顶部张紧力立管的初步设计摘要立管 (Riser)系统是指连接海底井口与浮式平台之间的导管，主要用途是生产、采油、注水和修井、完井等。
本文主要在对顶部张紧力立管存基本结构介绍的基础上，对其存在的力学问题进行了阐述。
在此基础上，以顶部张紧力立管的概念设计为基础，主要阐述了顶部张紧力立管的顶部张力的确定和立管的振动问题。
可以为以后的详细设计提供支持和保障，进而为设计与制造打下的基础。
引言深水油气立管系统是油气开发系统中最薄弱的构件之一。
立管具有多种结构，如顶部张紧力立管（TTR），自由悬链线立管（SCR）等。
深水顶部张紧力立管有干式和湿式两种生产形式。
主要种类有钻井立管，生产立管，注水管和及输入输出管。
虽然立管的用途不同，但立管的组成结构基本相同。
由于TLP和Spar平台的垂荡运动较小，因此TTR立管多用在TLP和Spar 平台中。
世界上最早的顶部张紧力立管在1984年服役于英国北海浮式产油系统中的张力腿平台，到目前为止世界上已有29给平台使用顶部张紧力立管，其中17个应用于TLP平台，12个应用于Spars平台。
在深水中，立管不仅要适用于深海石油开发所采用的浮体装置，而且要保证水深达到几千米的复杂海洋环境下具有一定的可靠性，并且立管所受的荷载相当复杂且很难确定，会对立管造成破坏。
这不仅使工程本身蒙受损失，而且可能造成严重的次生灾害，造成石油泄漏，污染环境。
因此，开展深水立管系统的研究和设计对于深水油田的安全高效开发具有重要经济意义。
正文1.立管的基本结构深水立管是通过各段立管节的连接起来的。
为了改变立管的力学性能，其中一些节要经过特殊的设计。
一般TTR立管节一根长大约50-70尺。
TTR主体结构由中级别的高强度钢建造。
由于钛的力学性能，机械性能优越，在一些关键部位使用钛建造。
TTR主要由张力系统、标准立管节、张力节、伸缩节(telescopic joint)、keel节、锥形节/应力节（TSJ）、tie-back连接等组成。
API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究周灿丰;帅潇;焦向东;段梦兰【摘要】Top tensioned risers are widely used in deepwater platforms,and are easily to be damaged for complex marine environmental loads,so dynamic responses of which should be researched carefully.A model was established using ABAQUS to describe top tensioned risers of tension leg platforms located in China south sea,and water depth of the model was set as 1 500 m. Marine engineering model AQUA was applied to add wave and current effects on riser,and to output stress time curves at different positions along the riser.Results of calculation demonstrate that becauseof strong wave and current effect,the location with the largest fatigue damage rate of the riser is 4 m below sea level.%顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中，所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤，因此动力响应研究非常重要。
在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型，水深设为1500 m、海域为南中国海。
顶部张紧力立管的初步设计摘要立管 (Riser)系统是指连接海底井口与浮式平台之间的导管，主要用途是生产、采油、注水和修井、完井等。
本文主要在对顶部张紧力立管存基本结构介绍的基础上，对其存在的力学问题进行了阐述。
在此基础上，以顶部张紧力立管的概念设计为基础，主要阐述了顶部张紧力立管的顶部张力的确定和立管的振动问题。
可以为以后的详细设计提供支持和保障，进而为设计与制造打下的基础。
引言深水油气立管系统是油气开发系统中最薄弱的构件之一。
立管具有多种结构，如顶部张紧力立管（TTR），自由悬链线立管（SCR）等。
深水顶部张紧力立管有干式和湿式两种生产形式。
主要种类有钻井立管，生产立管，注水管和及输入输出管。
虽然立管的用途不同，但立管的组成结构基本相同。
由于TLP和Spar平台的垂荡运动较小，因此TTR立管多用在TLP和Spar 平台中。
世界上最早的顶部张紧力立管在1984年服役于英国北海浮式产油系统中的张力腿平台，到目前为止世界上已有29给平台使用顶部张紧力立管，其中17个应用于TLP平台，12个应用于Spars平台。
在深水中，立管不仅要适用于深海石油开发所采用的浮体装置，而且要保证水深达到几千米的复杂海洋环境下具有一定的可靠性，并且立管所受的荷载相当复杂且很难确定，会对立管造成破坏。
这不仅使工程本身蒙受损失，而且可能造成严重的次生灾害，造成石油泄漏，污染环境。
因此，开展深水立管系统的研究和设计对于深水油田的安全高效开发具有重要经济意义。
正文1.立管的基本结构深水立管是通过各段立管节的连接起来的。
为了改变立管的力学性能，其中一些节要经过特殊的设计。
一般TTR立管节一根长大约50-70尺。
TTR主体结构由中级别的高强度钢建造。
由于钛的力学性能，机械性能优越，在一些关键部位使用钛建造。
TTR主要由张力系统、标准立管节、张力节、伸缩节(telescopic joint)、keel节、锥形节/应力节（TSJ）、tie-back连接等组成。
张力腿平台筋腱动力特性分析与校验冯丽梅;苏威;闫发锁【摘要】为提高张力腿平台和立管与筋腱之间的动态耦合计算结果的准确性,更好地模拟平台的筋腱系统,运用势流理论,依据南海油气田开发既有资料,使用SESAM 软件对一座传统型TLP平台张力筋腱进行分析.考虑筋腱和立管的实际工程设计,采用分段构建系泊系统的方法建立分析模型,并得到了频域下的附加质量系数和系统刚度矩阵.通过静水偏移模拟得到了平台系统水平及垂向刚度曲线和张力筋顶部张力,校验了系统质量和刚度的准确性.通过自由衰减模拟,验证平台固有周期,并采用规则波时域分析的方法求解了张力筋腱张力幅值响应算子(RAO).结果表明,分段建模能很好地模拟实际工程中的张力腿平台(TLP)平台刚度,系统水平刚度与垂向沉降校验和自由衰减模拟可以更好地保证计算模型的正确性.%In order to improve the dynamic coupling calculation result accuracy of tension leg platform(TLP), risers and tendons, and to better simulate the tendons system of platform, this paper analyzed a traditional TLP tendon by using the SESAM software based on the potential flow theory and the oil and gas field development data on the south China Sea.The analytical model was established by using the method of subsection mooring system while considering the actual engineering design of the riser and tendon, the added mass coefficient under the frequency domain and system stiffness were calculated, getting platform horizontal stiffness and set-down curve and tendon top-tension by static offset simulation.The accuracy of the system quality and rigidity was verified.Then decay tests were performed in static water to verify natural period of the platform, and the tendon tension's responseamplitude operator(RAO) was calculated though regular wave time-domain analysis method.The results show that subsection modeling can simulate tension leg platform stiffness very well in actual engineering, the free decay simulation and verification of horizontal and set-down stiffness can better ensure correctness of the calculation model.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】6页(P22-27)【关键词】张力腿平台;静水偏移;自由衰减;沉降;固有周期;筋腱张力;水平刚度;幅值响应算子【作者】冯丽梅;苏威;闫发锁【作者单位】中海石油深海开发有限公司,广东深圳 518000;哈尔滨工程大学船舶与海洋工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶与海洋工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】P751张力腿平台(TLP)是一种典型的顺应式平台，通过数条张力筋腱与海底相连[1]。
文章编号:1005-9865(2010)03-0044-06灾害海洋环境下TLP 深水张紧式生产立管安全性评估徐正强,唐文勇,薛鸿祥,胡志强(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240)摘 要:针对我国南海海域可能出现的超过百年一遇的灾害性海况,结合挪威船级社的DeepC 以及AB AQUS 软件,通过全系统耦合分析获得张紧式生产立管随TLP 平台在灾害海况下的强迫运动,并考虑波浪、流等环境载荷的联合作用,研究TLP 张紧式生产立管在灾害海况下的随机结构动力响应。
根据广义极值理论对随机结果数据进行拟合后,基于相应规范进行强度分析,完成立管在灾害海洋环境下的安全性评估。
关键词:灾害海洋环境;生产立管;耦合分析;非线性时域动力分析;安全性评估中图分类号:P751 文献标识码:ASafety assessment of a top -tensioned TLP production riser in disastrousmarine environmentX U Zheng -qiang,TANG Wen -yong,XUE Hong -xiang,HU Zh-i qiang(State Key Laboratory of Ocean Engineering,Shanghai Jiao Tong Universi ty,Shanghai 200240,China)Abstract:The random dynamic response of top -tensioned TLP production riser is studied in this paper,considering the disastrous marine env-i ronment with a return period of more than 100years which may occur in the south sea of China.The movement of TLP in disastrous mar i ne en -vironment is obtained through the full coupli ng analysis method by software DeepC of DNV,and the structural response of the riser is analyzed by ABAQUS with the joint action of environmental loads taken into accoun t.Furthermore,the random resul t data is fi tted based on the genera-l ized extreme value theory and then compared wi th the allowable stress given in relevant rules.Finally,the safety assessmen t of a top -tensioned TLP production riser in disastrous marine environment is achieved.Key words:disastrous mari ne environ ment;production riser;coupling analysis;non -linear dynamic analysi s in time domain;safety assess -ment收稿日期:2009-11-04基金项目:国家科委863计划资助项目(2006AA09A109-6)作者简介:徐正强(1981-),男,山东人,硕士生,主要从事海洋工程结构强度研究。
张力腿平台张力腿平台发展与简介导管架平台和重力平台由于其自重和工程造价随水深大幅度地增加, 已经不适应深水域油气开发, 所以本世纪60 年代提出了顺应式平台的概念, 并在近20年的平台设计中得到了广泛的发展应用。
顺应式结构的典型实例是张力腿平台(Tension LegPlatform 简称为TLP)。
张力腿平台最重要的特点是平台的竖向运动很小, 水平方向的运动是顺应式的, 结构惯性力主要是水平方向的回弹力。
张力腿平台的结构造价一般不会随水深增加而大幅度地增大。
近二十年来, 经过张力腿平台设计生产的实践,证明张力腿平台具有良好的运动性能, 是深水海域油气生产适宜的平台形式。
张力腿平台结构张力腿平台(简称TLP)适用于较深水域(300～1500m)、且可采油气储量较大的油田。
TLP 一般由上部模块(Topside)、甲板、船体(下沉箱)、张力钢索及锚系、底基等几部分组成。
其船体(下沉箱)可以是三、四或多组沉箱,下设3～6组或多组张力钢索,垂直与海底锚定。
平台及其下部沉箱受海水浮力,使张力钢索始终处于张紧状态,故在钻井或采油作业时,TLP几乎没有升沉运动和平移运动。
其微小的升沉和平移运动(平移运动仅为水深的1.5% ～2%),在钻井和完井时主要由水中和井内相对细长的钻具及专用短行程补偿器补偿张力腿平台技术特点张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。
张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与一般半潜式平台不同。
其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。
用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。
张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。
作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。
