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深水平臺技術(shù)已經(jīng)成為石油工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。張力腿平臺作為深水平臺的主要型式之一已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并在深水油氣田開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用。張力腿平臺主要有以下優(yōu)點：第一，平臺運動很小。幾乎沒有豎向移動和轉(zhuǎn)動。整個結(jié)構(gòu)很平穩(wěn)。平臺由張力腿固定于海底。第二，可以使用“干式采油樹”使油井的操作變得簡單。由于平臺的升沉很小，可以從平臺上直接鉆井和直接在采油導(dǎo)管上作業(yè)。第三，降低了采油操作費用。平臺不需其它鉆井船的協(xié)助來鉆井和直接在采油導(dǎo)管上操作，費用可以降低。第四，可以支持頂部張力式立管和鋼質(zhì)懸鏈式立管(SCR)。因此，從很小的邊際油田到大型油田，水深也可從幾百米到一千五百米左右，張力腿平臺均可得到應(yīng)用。目前張力腿平臺主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：傳統(tǒng)式(ConventionalTLP)，海之星(SeastarTL.P)MOSES(MOSESTLP)，伸張式(ETI-P)，其中后三種型式相對于傳統(tǒng)式可統(tǒng)稱為新型TLP。
本文有限元分析研究傳統(tǒng)式張力腿平臺，該種平臺結(jié)構(gòu)由四個立柱和四個連接的浮筒組成。立柱的水切面較大，自由浮動時的穩(wěn)定性較好，并通過張力腿固定于海底。平臺所在位置水深100m，具有8口干式立管井，以TTR形式連接其中一期只有6口預(yù)裝，生產(chǎn)的油氣通過平臺西側(cè)的1根SCR輸出到FPS。平臺由船體部分、上部組塊和張力腿組成，船體吃水為22m。其中船體部分包括四根直徑為11m的立柱，立柱之間通過浮筒連接，在每個立柱角上置有2只張力腿夾緊器，張力腿由此通向海底，與海底剛性連接。其總體布置如圖所示。張力腿平臺總體強度分析中采用的是整體模型，包括甲板部分和船體部分，分別對一年一遇操作工況及百年一遇極端工況進行了分析。總體強度分析是驗證TLP整體結(jié)構(gòu)滿足強度要求。船體結(jié)構(gòu)鋼的最小屈服強度為355MPa。一年一遇操作工況的許用應(yīng)力系數(shù)為0.6，許用應(yīng)力為213MPa；百年一遇極端工況的許用應(yīng)力系數(shù)為0.8，許用應(yīng)力為284MPaa總體強度分析的主要目標是得到主結(jié)構(gòu)(包括內(nèi)殼、外殼、平板、立柱、立柱艙壁及浮筒艙壁等處)的名義應(yīng)力；并根據(jù)荷載工況的結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力值，來評估船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性。本分析所采用的軟件的前處理模塊Patran-Pre及分析模塊Sestra，并使用后處理模塊Xtract查看求解結(jié)果。
采用Patran-Pre作為前處理器進行總體有限元模型的建立。本模型中所有的板及殼采用板單元；大梁的腹板采用板單元，面板采用梁單元；球扁鋼采用梁單元模擬；張力腿模擬為彈簧單元；上部組塊所有設(shè)備采用質(zhì)量單元模擬。該總體模型共包括單元148609個，節(jié)點108341個�？傮w模型建立完畢后，根據(jù)最新重控報告對模型進行了質(zhì)量標定，使模型中的質(zhì)量分布及重心位置與重控報告基本一致，其中重心偏差控制在0.5m以內(nèi)。有限元分析中，采用如下單位：長度mm；密度；質(zhì)量；力總體有限元模型如圖所示。
總體強度分析采用設(shè)計波分析方法。設(shè)計波分析方法是從統(tǒng)計意義上在隨機波浪系列中選用某一特征波(如有效波或最大波難為單一的規(guī)則波近似分析隨機波浪對海工結(jié)構(gòu)物的作用。本分析研究在一系列的波浪條件下，在位工況張力腿平臺的總體結(jié)構(gòu)性能。每個設(shè)計波浪包括波浪周期，波高，并以巧。為一個增量，分別對下述工況進行分析：①操作工況(一年一遇)最大甲板側(cè)向加速度及最大船體擠涯;②極端工況(百年一遇)最大甲板側(cè)向加速度及最大船體擠涯。通過分析從多個波浪中得到對應(yīng)工況下的設(shè)計波浪。表給出了一年一遇及百年一遇工況下的設(shè)計波�？傮w強度分析的基本荷載有：①重力將質(zhì)量分布到整個平臺模型可以得到重力，指定1.0g的重力加速度將質(zhì)量轉(zhuǎn)換成重力荷載。本分析中，重力包括船體部分、上部組塊部分及可變壓載的重量。②靜水壓力TLP船體浮力以線性變化的壓力形式作用到水面以下立柱及浮筒的外殼上。③立管拉力及鉆井荷載根據(jù)最新重控報告，將SCR.TTR，UMBILICAL的拉力及鉆井荷載施加到模型上。④自由水平面荷載自由水平面荷載取設(shè)計波中最大波高波峰經(jīng)過立柱中心時對立柱產(chǎn)生的水壓力。⑤水動力荷載使用Sesam軟件中的分析模塊HydroD進行計算可以得到水動力荷載。
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