Ansys在海洋石油工程中的应用-部分3

ANSYS在海洋石油工程中的应用155ALLSEL!选中所有对象LSEL,S,LINE,,6!选中6号线LSEL,A,LINE,,8!继续选中8号线LSEL,A,LINE,,10!继续选中10号线LATT,1,3,1!为线分配材料类型、实常数和单元类型ALLSEL!选中所有对象LSEL,S,LINE,,11!选中11号线LSEL,A,LINE,,13!继续选中13号线LSEL,A,LINE,,15,16,1!继续选中15、16号线LATT,1,5,2!为线分配材料类型、实常数和单元类型ALLSEL!选中所有对象LSEL,S,LINE,,12!选中12号线LSEL,A,LINE,,14!继续选中14号线LATT,1,2,1!为线分配材料类型、实常数和单元类型ALLSEL!选中所有对象LMESH,1,16,1!划分1~16号线单元NSEL,S,LOC,Z,15!选中Z=15处的所有节点CP,,ALL,ALL!耦合所选节点的全部自由度ALLSEL!选中所有对象!******!******!******!******静力求解计算/SOLU!进入求解计算模块ANTYPE,0!设置求解类型为结构静力计算NSEL,S,LOC,Z,-37!选中Z=-37处的所有节点D,ALL,ALL!约束所选节点的全部自由度ALLSEL!重新选中所有对象NSEL,S,LOC,X,11.5!选中X=11.5处的所有节点NSEL,R,LOC,Z,-35!从已选节点中重新选中Z=-35处的所有节点D,ALL,ALL!约束所选节点的全部自由度ALLSEL!重新选中所有对象NSEL,S,LOC,Z,15!选中Z=15处的所有节点NSEL,R,LOC,X,0!从已选节点中重新选中X=0处的所有节点F,ALL,FZ,-2E6!对所选节点施Z向的载荷ALLSEL!重新选中所有对象NSEL,S,LOC,Z,1,15!选中Z=1~15范围内的所有节点NSEL,R,LOC,X,0!从已选节点中重新选中X=0处的所有节点F,ALL,FX,17829/15!对已选节点施加X方向的载荷ANSYS在海洋石油工程中的应用156ALLSEL!重现选中全部对象ACEL,0,0,9.8!施加重力载荷SOLVE!执行求解计算SAVE!保存求解结果FINI!退出求解计算模块!******!******!******!******静力分析后处理/POST1!进入通用后处理器SET,LAST!读入计算结果文件/ESHAPE,1.0!打开模型线形状选项PLDISP,0!绘制结构整体变形图PLNSOL,U,SUM,0,1.0!绘制结构位移等值图PLNSOL,S,EQV,0,1.0!绘制结构等效应力分布云图ESEL,S,REAL,,3!选中内筒单元PLNSOL,S,EQV,0,1.0!绘制内筒等效应力分布云图FINISH!退出后处理器!*******!*******!*******!*******结构模态分析/PREP7!重新进入前处理模块ET,3,MASS21!定义3号单元类型MASS21R,7,,,2E5!定义7号实常数（针对MASS21单元）TYPE,3!选中3号单元类型REAL,7!选中7号实常数NSEL,S,LOC,Z,15!选中Z=15处的节点NSEL,R,LOC,X,0!在已选中的节点中重新选取X=0处的节点E,ALL!通过已选中的节点创建MASS21单元ALLSEL!选中所有对象NSEL,S,LOC,Z,-36,15!选中Z=-36~15范围内的所有节点NSEL,R,LOC,X,0,0.290!在已选中的节点中重新选取X=0~0.290范围内的节点CPINTF,ALL,0.8!将所选中的节点进行耦合ALLSEL!选中所有对象NSEL,S,LOC,Z,-36,15!选中Z=-36~15范围内的所有节点NSEL,R,LOC,X,0,0.290!在已选中的节点中重新选取X=0~0.290范围内的节点D,ALL,UY!约束所选中节点的Y方向位移自由度D,ALL,UZ!约束所选中节点的Z方向位移自由度D,ALL,ROTX!约束所选中节点的X方向转动自由度D,ALL,ROTZ!约束所选中节点的Z方向转动自由度ALLSEL!选中所有对象ANSYS在海洋石油工程中的应用157NSEL,S,LOC,Z,-37!选中Z=-37处的节点D,ALL,ALL!约束所选中节点的全部自由度ALLSEL!选中所有对象NSEL,S,LOC,X,11.5!选中X=11.5处的节点D,ALL,ALL!约束所选中节点的全部自由度ALLSEL!选中所有对象ACEL,0,0,9.8!施加重力载荷/SOLU!进入求解计算模块ANTYPE,MODAL!设置分析类型为模态分析MODOPT,LANB,2!模态求解方法设置MXPAND,2!扩展两阶模态SOLVE!执行模态求解计算FINISH!退出求解计算模块/POST1!进入通用后处理器SET,LIST!列表显示求解结果SET,FIRST!读取一阶模态结果PLDISP,0!绘制一阶模态图形SET,NEXT!读取二阶模态结果PLDISP,0!绘制二阶模态图形FINISH!退出后处理模块!*****!*****!*****!*****瞬态动力分析/PREP7!进入前处理模块TB,81,0!修改WATERTABLE里的波浪相位角为0°/SOLU!进入求解计算模块ANTYPE,TRANS!设置求解类型为瞬态动力分析ALPHAD,0.3331!设置阻尼系数BETAD,1.834E-3!设置阻尼系数TRNOPT,FULL!设定瞬态动力求解方法NLGEOM,ON!打开大变形开关NSUBST,1,,,1*DO,I,10E-12,100,0.2!设定结束时间及子步时间开始循环计算TIME,I!循环计算结束时间OUTPES,ALL,ALL!输出结果设置SOLVE,SAVE!执行求解并保存*ENDDO!结束循环求解计算ANSYS在海洋石油工程中的应用158!******!******!******!******时程后处理过程/POST26!进入时程后处理器POST26NSOL,2,1,U,X,Deflection!定义1号节点处的X方向位移为2号时程变量/AXLAB,X,Time!定义X轴标题/AXLAB,Y,Deflection!定义Y轴标题PLVAR,2!绘制时程位移曲线ESOL,3,17,,SMIS,15,STRESS!定义17号单元的等效应力为3号时程变量/AXLAB,X,Time!定义X轴标题/AXLAB,Y,Stress!定义Y轴标题PRVAR,3!绘制时程应力曲线FINISH!退出POST26ANSYS在海洋石油工程中的应用159第第第第8888章章章章深水隔水导管与导向孔相互作用分深水隔水导管与导向孔相互作用分深水隔水导管与导向孔相互作用分深水隔水导管与导向孔相互作用分析析析析本章导读本章导读本章导读本章导读对于水深较深的海域，需要安装导向孔来固定隔水导管，使得其能够满足作业要求，本章将对二者之间相互作用的力学问题进行分析，结合工程实例介绍ANSYS解决此类问题的一些基本方法。本章包括如下的一些问题：隔水导管导向孔简述工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究8.18.18.18.1隔水导管导向孔简述隔水导管导向孔简述隔水导管导向孔简述隔水导管导向孔简述海上钻井隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管，主要功能是隔离海水、形成钻井液循环通道，同时作为海上井口的持力结构。在海上石油的勘探中，钻井隔水导管的稳定性对于整个石油的勘探、开采起着非常重要的作用。对于水深较深的海域，海浪流会对隔水导管的稳定性产生很大的影响。为了能够在恶劣环境载荷下正常作业不至于导管结构失效，一般情况下需要沿着隔水导管长度方向在水面与水下一定位置安装导向孔，各层导向孔槽口使用扶正块来补偿隔水导管和导管架导向孔槽口之间的间隙，以减少隔水导管承受的疲劳应力和涡激应力，延长隔水导管的使用寿命。一般情况下，先将导向孔固定在导管架平台的桩腿上，再使用扶正块来补偿隔水导管与导向孔之间的间隙，用以固定隔水导管，从结构上来讲，就是减小隔水导管的自由长度降低有效长细比来提高其稳定性。但是随着水深的增加，水下导向孔及扶正块的安装越来越困难，目前国内公司可以实现扶正块安装作业的水深能力有限。所以进行对隔水导管导向孔安装位置及个数的优化研究显得尤为重要，研究结果能够更好地为海上钻井隔水导管导向孔的施工提供科学依据和安全保障，进一步减少盲目性和复杂事故的发生。钻井隔水导管受到的主要载荷包括：上端部井口载荷，结构自重，浮力等轴向载荷；另外主要受到海洋风浪流等复杂环境载荷。对于隔水导管下部边界条件的处理方法是根据有效桩长法，将导管泥面以下六倍桩径处看作固支端，上部边界横向位移受铰支约束，轴向可以自由滑动。对于导向孔采用以下假设处理：ANSYS在海洋石油工程中的应用1601）导向孔固定于导管架上，看作为固定构件，为隔水导管提供稳定的横向支撑；2）导向孔与隔水导管之间间隙用扶正块将其固定，隔水导管横向位移自由度受到约束，因此，在分析中可将安装导向孔位置处的导管模型约束其横向位移自由度。隔水导管力学分析模型如图8-1所示。图8-1隔水导管力学分析模型8.28.28.28.2工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究工程实例：某油田隔水导管与导向孔相互作用研究以某油田为例，隔水导管导向孔安装位置如图8-3所示。该油田所在的海域水深大约为117m。原来设计在水面以下安装四层导向孔，水面以上安装一层导向孔，具体的位置在钻井转盘面以下30.10m（水上），52.60m（水下第一层），76.60m（水下第二层），101.60m（水下第三层），128.60m（水下第四层）。图8-3导向孔安装示意图ANSYS在海洋石油工程中的应用161可以看出对于水下第四层导向孔及扶正块的安装难度极大，超过了目前国内公司的作业能力。因此需要对不同海况条件下的不同导向孔个数进行力学分析，分析结果可以为是否有必要安装第四层导向孔提供可靠的理论依据。其具体参数如下：隔水导管尺寸外径：508mm，壁厚：25.4mm。材料参数弹性模量：2.1E11Pa，泊松比：0.3，密度：7850kg/m^3。环境参数：海况重现期50年的环境载荷条件为：风速45.2m/s,有效波高12.8m，有效周期13.1s，海流表层流速2.21m/s,中部1.32m/s，底部0.74m/s。水深：117.63m，海面以上高度：38m，顶部载荷：30T。8.2.18.2.18.2.18.2.1模型建立模型建立模型建立模型建立（1111）设置工作环境进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，指定分析的工作名称为“Drillingriseroptimization”，指定图形显示区域的标题为【AnalysisofDrillingriseroptimization】。（2222）定义单元类型选择菜单项【MainMenu】】Preprocessor】进入前处理器PREP7开始建模以及其他的前处理操作。单击菜单【MainMenu】】Preprocessor】【ElementType】【Add/Edit/Delete】，定义两种单元类型“PIPE16”和“PIPE59”。ET,1,PIPE16!定义1号单元类型PIPE16ET,2,PIPE59!定义2号单元类型PIPE59（3333）设置单元实常数点击菜单项【MainMenu】【Preprocessor】【RealConstants】【Add/Edit/Delete】，分别设置PIPE16单元的外径为和壁厚，PIPE59单元的外径、壁厚及相关的流体参数设置。具体如下面的命令流：R,1,0.508,0.0254!定义1号实常数（针对PIPE16单元）R,2,0.508,0.0254,0.7,2.0,1030,0,!定义2号实常数（针对P