天然气井喷爆炸下深水平台钻台区响应分析.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 1 1期 石 油机械 CHI NA P ETROL EUM MACHI NERY 一83 一 海洋石油 装备 天然气 井喷爆炸下深水 平台钻 台区响应分析 师吉浩 朱 渊 陈国明 赵倩琳 中国石 油大学 华 东 海洋油气装备 与安全技 术研 究中心 摘要 针对天然气井喷爆炸后爆炸冲击波直接作用对象钻 台装备 ，采用 T N T当量法及 多 物质耦合模型开展结构位移响应、超压 响应及爆炸 能吸收大小研究。研究结果表 明，司钻房前舱 壁钢板及玻璃 中部偏左侧、就地工具房及就地 电房前舱壁钢板 中部为最大变形位置；钻 台结构迎 爆面连接部位较易发生破坏 ；司钻房后舱壁钢板 比前舱壁钢板 吸收更多塑性能，破坏更严 重，且 集 中在连接部位；司钻房后舱壁连接部位等薄弱环节、结构 最大变形位 置为防爆设 计重点考虑对 象，可对其采取强化措施以达到优化防爆 的 目的。 关键词 深水 ；天然气；井喷爆炸；等效 T N T；钻 台；位 移响应 ；超压响应；爆炸能；优 化 防爆设计 中图分类号T E 9 5 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 2 0 Re s p o ns e o f t he Dr i l l Fl o o r Eq ui pme nt o n De e p wa t e r Pl a t f o r m t o t he Ex p l o s i o n a f t e r t he Na t ur a l Ga s Bl o wo u t S h i J i h a o Z h u Y u a n C h e n G u o m i n g Z h a o Q i a n l i n O f f s h o r e O i l a n d G a s E q u ip m e n t a n d S e c u r i t y R e s e a r c h C e n t e r ，C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m，Q i n g d a o Ab s t r a c t Th e TNT e q u i v a l e n t me t h o d a n d mu l t i - ma t e r i a l c o u pl e d mo d e l a r e u s e d t o s t u d y t he s t r u c t u r a l d i s ． p l a c e me n t r e s p o ns e， o v e r p r e s s u r e r e s p o ns e a n d e x p l o s i o n e n e r g y a bs o r p t i o n o f d r i l l flo o r e q u i p me n t t h e d i r e c t o b j e c t s o f t h e e x p l o s i v e b l a s t o f t h e n a t u r a l g a s b l o w o u t e x p l o s i o n ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e ma x i m u m d e f o r ma t i o n s O C ． c u r o n t h e fro n t b u l k h e a d p l a t e a n d c e n t r a l l e ft g l a s s o f d r i l l e r r o o m．o n s i t e t o o l h o u s e a n d t h e c e n t r a l fro n t b u l k ． he a d p l a t e o f t he e l e c t r i c a l r o o m． Th e c o nn e c t i o n p a r t o f t h e e x p l o s i o n s i de o f t h e d r i l l flo o r s t r u c t u r e i s p r o n e t o d a ma g e ． T h e p l a s t i c e n e r gy a b s o r b e d b y t h e b a c k b u l k h e a d p l a t e o f t h e d r i l l e r r o o m a r e g r e a t e r t h a n t h e fro n t b u l k - h e a d p l a t e ，wh i c h r e s u l t s i n mo r e s e r i o u s d a ma g e a n d c o n c e n t r a t e d i n c o n n e c t i o n a r e a s ． T h e we a k p o i n t s l i k e t h e c o nn e c t i o n a r e a s o f t h e b a c k b u l k h e a d pl a t e o f t h e dr i l l e r r o o m a n d t h e ma x i mu m d e f o r ma t i o n po s i t i o n o f t h e s t r u c t u r e a r e t h e c r i t i c a l t a r g e t s o f a n t i e x p l o s i o n d e s i g n ． S t r e n g t h e n i n g me a s u r e s s h o u l d b e t a k e n t o o p t i mi z e t h e a n t i e x - p l o s i o n d e s i g n． Ke y wo r ds d e e p wa t e r ； n a t ur a l g a s ； b l o wo u t e x p l o s i o n； e q u i v a l e n t TNT； d r i l l fl o o r； d i s p l a c e me n t r e s po ns e； o v e r p r e s s u r e r e s p o ns e； e x p l o s i v e e n e r g y； a nt i ． e x p l o s i o n d e s i g n o p t i mi z a t i o n 0 引 言 随着我国对石油能源需求量的增加 ，海洋油气 尤其是深水天然气的开采强度也随之增大。但 由于 海洋环境恶劣 ，作业程序复杂 ，一旦天然气井喷失 控 ，就会在钻台周围迅速形成大规模可燃气云并易 发生爆炸。因钻台装备 区域空 间狭窄 ，设备密集 ， 基金项 目国家 “ 十二 五”科技支撑计划项 目 “ 化学工 业园 区火灾 防治技 术研究 ” 2 0 1 1 B A K 0 3 B 0 8 ；山东省 自然科 学基金 项 目 “ L N G罐 区火灾爆炸风险评价及应对策略研究” Z R 2 0 1 1 E L 0 4 8 ；中央高校基本科研业务费专项 资金资助项 目 “ 插入式隔水管 RI 1 丫 r 深 水井喷应急保障技术研究” 1 4 C X 0 6 1 3 1 A 。 石 油机械 2 0 1 4年第 4 2卷第 1 1 期 井架在组装过程中各杆件连接顺利 ，未发生空 间干涉现象 ，组装后井架各项指标均达到图纸及工 艺要求 。最大钩载静载荷试验 中测得的最大应力为 1 2 0 ． 2 MP a ，测 试点 材料 的屈服 强度 为 3 4 5 M P a ， 结构的安全系数大于 A P I S p e c 4 F规范要求 的数值 1 ． 6 7 。井架经过组装试 验、静载 荷试验 ，各 项 试验结果均为合格 ，井架设计满足 A P I S p e c 4 F规 范要求 5 结 论 1 超深井海洋钻机井架 的主要技术参数及 结构方案均满足要求 。 2 通过采用新结构以及进行分析计算，超 深井海洋钻机井架 的安全可靠性得到了大幅提升 ， 与此 同时井架的质量也得到了大幅减轻。 3 超深井海洋钻机井架井 场组 装试验及最 大钩载静载荷试验结果表 明，最大钩载静载荷试验 中测得的最大应力为 1 2 0 ． 2 MP a ，测试点材料的屈 服强度为 3 4 5 MP a ，结构的安全系数大于 A P I S p e c 4 F规范要求的数值 1 ． 6 7 ，这说明井架设计满足 A P I S p e c 4 F规范的要求 。 参考文献 [ 1 ] 栾苏，于兴军 ． 深水平台钻机技术现状与思考[ J ]． 石油矿场机械 ，2 0 0 8 ，3 6 9 1 3 51 3 9 ． [ 2 ] 张瑁，夏元兵，王颖莹 ．海洋修井机底座有限元分 析 [ J ]．石油矿场机械 ，2 0 0 6 ，3 5 5 7 2 7 4 ． [ 3 ] 张超，何军国，张勇，等 ． H X J 1 3 5 E人工岛海洋钻 修机研制 [ J ]．石油机械，2 0 1 3 ，4 1 3 7 2 7 6． [ 4 ] A N S Y S I n c ． A N S Y S e l e m e n t s r e f e r e n c e[ M]． 1 l t h e d ． S A S I P I n c，2 0 0 1 ． 第一作者简介 侯敏 ，工程师 ，生 于 1 9 8 2年 ，2 0 0 8 年毕业于西安理工大学机械电子工程专业，获硕士学位， 现从 事 石 油 钻 采 机 械 产 品 的 研 发 及 管 理 工 作 。地 址 7 2 1 0 0 2 陕西省宝鸡市。电话 0 9 1 7 3 4 6 2 1 9 0 。Em a i l z z b hm8 02 s o h u． C O B。 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 0 5 本文编辑刘锋 上接 第 8 7页 2 防爆设计 时需 重点对司钻房后舱壁两侧 区域进行加强 ，以减小塑形破坏。就地工具房前舱 壁钢板 、就地电房前舱壁钢板及司钻房前舱壁钢板 为主要吸能结构，可根据最大塑性变形分布位置合 理布置桁架结构或改变舱壁截面形状，根据其薄弱 环节增加壁厚 ，以达到优化防爆的 目的。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 Da d a s h z a d e h M ， Ab b a s s i R，Kh a n F，e t a 1 ． E x p l o s i o n mo de l i ng a n d a n a l y s i s o f BP de e p wa t e r h o riz o n a c c i d e nt [ J ]． S a f e t y S c i e n c e ，2 0 1 3 ，5 7 1 5 01 6 0 ． 王珂 ，尹群，嵇春艳，等 ．可燃气体泄露爆炸下海 洋平 台数值仿真计算 [ J ]．海洋工程 ，2 0 0 8 ，2 6 29 09 5 ． R o b e r t s o n N J ，F a i r l i e G E，Dr a p e r E J ． G a s e x p l o s i o n m o d e l l i n g a n d d y n a m i c s t r u c t u r a l r e s p o n s e[ C]／ ／ E R A C o n f e r e n c e M a j o r H a z a r d s O f f s h o r e ， L o n d o n ， U K， 2 0 0 0 ． C r o w l D A ．化工过程安全理论及应用 [ M]．蒋军 成 。译 ．北京 化学工业 出版社 ，2 0 0 6 ． [ 5 ] 石少卿 ． A U T O D Y N工程动力分析及应用实例[ M]． 北京中国建筑工业出版社，2 0 1 2 ． [ 6 ] A u t o d y n ． T h e o r y m a n u a l[ Z ]． C e n t u ry D y n a m i c s ，2 0 0 5 ． [ 7 ] B a k e r W E ． E x p l o s i o n i n a i r[ M]． T e x a s U n i v e r s i t y o f Te x a s Pr e s s， Au s t i n， 1 9 73 ． [ 8 ] A u t o d y n ． U s e r ma n u a l[ z ]． C e n t u r y D y n a mi c s ，2 0 0 5 ． [ 9 ] 汪明 ．爆炸荷载作用下钢结构损伤机理及砌体墙破 碎过程研究 [ D]．天津天津大学建筑工程学院， 20】 0． 第一作者简介师吉浩，生于 1 9 9 0年，2 0 1 3年毕业于 中国石油大学 华 东安 全工程 专业 ，现 为在读硕 士研 究 生 ，研 究方向为海洋油气应急风险 。地址 2 6 6 5 8 0 山东省 青岛市 。E ma i l s h i ji h a o 1 6 3 ． c o rn。 通信作者 朱渊 ，Em a i l z h y 3 3 2 3 1 6 3 ． c o m。 收稿 日期 2 0 1 4 0 82 0 本文编辑丁莉萍