[發明專利]半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法

有效

• 申請號: 201811583655.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109446742B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 吳恒;彭勇;閆文輝;邵軍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;E21B19/14;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法，包括以下步驟，步驟一：在三維設計軟件建立三維實體模型；步驟二：將三維實體模型導入到ADAMS軟件中；步驟三：在ADAMS軟件中建立多剛體動力學仿真模型；步驟四：在ADAMS軟件中建立多柔體動力學仿真模型；步驟五：風載荷加載；步驟六：進行多剛體、柔體動力學仿真并獲取相應的輸出數據與曲線；本發明對深水半潛式鉆井平臺在風浪作用下管子處理裝備抓管機工作時的動態特性進行仿真，可以提高分析、計算精度，為抓管機的設計、優化提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及海洋石油裝備技術領域，特別涉及一種半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法。

背景技術

半潛式鉆井平臺在鉆井作業時采用升沉補償裝置、減搖設施和動力定位系統等多種措施來保持平臺在海面上的位置，方可進行鉆井作業，但是平臺在風浪作用下仍將產生橫搖，垂蕩，橫蕩等運動。抓管機是平臺上作業的大型管子處理裝備之一，用于完成將平臺堆場上的鉆桿、套管等管柱抓吊起后放置在動力貓道上，再由后續的排管機等裝備實現自動化鉆井作業。管子處理裝備抓管機在工作時承受的載荷大，載荷復雜，設計時在保證強度條件下，還應考慮其輕量化。傳統基于經驗的靜強度設計不能準確掌握裝備在運行過程中的動態特性，再考慮風浪影響下平臺基礎的運動，對裝備進行精確多體動力學分析難度更大，增加了裝備的設計難度。

發明內容

為了克服管子處理裝備的設計難點，避免所設計的裝備在工作時產生強度不足而破壞等重大事故，本發明的目的在于提供一種半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法，具有動態仿真精度高，簡便快捷的特點。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

半潛式鉆井平臺管子處理裝備抓管機多體動力學仿真方法，包括以下步驟：

步驟一：用三維設計軟件建立三維實體模型；

步驟二：將三維實體模型導入到ADAMS軟件中；

步驟三：在ADAMS軟件中建立多剛體動力學仿真模型，添加相鄰構件之間的運動副約束和驅動約束，根據實際驅動類型、位置需求，在相應的運動副上添加驅動約束，并根據實際工作參數設置各驅動約束的運動函數；

步驟四：在ADAMS軟件中建立多柔體動力學仿真模型；

步驟五：風載荷加載；

步驟六：進行多剛體、柔體動力學仿真并獲取相應的輸出數據與曲線；通過ADAMS后處理模塊，獲取相應的輸出數據與曲線，為對比多剛體與多柔體仿真模型，在多柔體模型動力學仿真之后，將各柔體構件進行失效，恢復原來位置的剛體構件，對多剛體構件進行仿真，進行多柔體和多剛體模型仿真的分析比較。

所述的步驟二具體為：

將三維實體模型導入到ADAMS軟件中，設置好量綱，調整模型的位置、角度，給各個構件設置名稱、材料參數，外觀顏色；建立能夠模擬半潛式鉆井平臺在海浪作用下產生運動的模擬平臺，在慣性坐標系中，在風浪影響下，深水半潛式鉆井平臺能發生的運動包括繞x，y，z三個坐標軸的橫搖、首搖、縱搖的轉動自由度和沿x，y，z三個坐標軸縱蕩、垂蕩、橫蕩的平移自由度，以及幾種運動的組合；為了模擬這幾種運動，分別在平臺底部建立運動構件與運動副，用于模擬在海浪影響下平臺的響應，由于首搖運動較小，影響很少，不做此運動模擬，方法如下：

在縱搖基座1和橫搖構件2之間建立了縱搖轉動副13,并且在該轉動副上建立轉動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的橫搖；

在橫搖構件2和垂蕩構件3之間建立了橫搖轉動副14,并且在該轉動副上建立轉動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的縱搖；

在垂蕩構件3和縱蕩橫蕩構件4之間建立了垂蕩移動副10，并且在該上建立移動驅動，設定運動函數，用于模擬在海浪作用下平臺的垂蕩運動；