内输高温高压流体海底悬跨管道的非线性涡激振动响应分析

海底管道内输的高温高压流体会引起管内较大的轴力,从而诱发管道的整体屈曲.发生屈曲的管道凸出海床表面,出现部分管道悬跨的现象,进而在海流的作用下会形成涡激振动现象.本文研究因热屈曲引起初始竖向变形的海底悬跨管道在内外流耦合作用下的涡激振动响应.首先,采用Euler-Bernoulli梁模型来模拟海底管道,通过对管道单元和...     

基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序

由于海流冲刷,海底管线在服役期间会在某些管段形成管跨,管跨的涡激振动是引发海底管线疲劳失效的主要因素之一。基于Visual Basic环境开发海底管跨涡激疲劳分析程序,利用所封装的ANSYS软件建立管土耦合非线性管跨有限元模型,依据Miner线性累积损伤理论,采用S-N曲线法计算管跨在海流作用下的疲劳损伤,并与SHEAR7软件的计算结果进行对比验证,开发的疲劳分析程序具有较高的精度和工程应用价值。     

基于疲劳寿命的海底管道自由悬跨分析

传统悬跨分析以不发生涡激振动和强度极限状态为原则确定最大可以接受的自由悬跨长度。随着水深的增加,悬跨处理的成本急剧增加,以疲劳寿命为准则可以显著地增加最大可接受悬跨长度,减少工程费用。介绍了海底管道设计过程中的悬跨分析方法和悬跨接受标准。提出在设计阶段以疲劳极限状态为接受标准,并结合有限元计算进行悬跨分析,可减少悬跨处理量,节约大量工程费用。     

双层海底管道悬跨振动特性模拟分析

针对双层海底管道悬跨问题,在充分考虑内外管相互作用的基础上,采用ANSYS软件建立了双层海底管道悬跨振动分析的有限元模型,并对双层管等效成单层管的简化方法及建模方式进行了研究。针对结构非线性、悬跨长度、管土接触长度及海流等因素的影响,对悬跨管线静态及动态响应进行了分析,对影响悬跨管道最大应力位置的因素及变化规律进行了研究,并对双层管与等效单层管的振动特性进行了比较。结果表明:双层管自振频率、跨中静态最大位移量和最大应力的变化对较小管土接触长度敏感,同时由于受悬跨长度和海流速度影响较大,双层管较等效单层管更易引起涡激共振;等效单层管随悬跨长度增大更易发生塑性变形而失效;采用等效单层管替代双层管的方法仅在一定跨长范围内适用。本文研究对双层海底管道悬跨振动特性的研究具有一定的参考意义。     

某海底管道事故原因分析及相关治理对策建议

针对东海28英寸长输登陆管道出现的多处悬跨和近岸63 km处3 km管道偏移事故,综合分析该登陆管道历史埋深变化检测资料,结合区域海洋水文地质条件和泥沙动力条件,并通过涡激振动（Vortex-Induced Vibration,VIV）临界悬跨长度、疲劳寿命和侧向稳定性等理论数值计算分析出现该事故可能的原因,从而提出基于该风险的最优防护措施和未来综合性预防措施。     

考虑管土作用海底管线涡激振动分析

将VIVANA模型与梁单元结合建立海底管线悬跨段涡激振动(VIV)数值模型,利用弹簧模拟管土作用,采用频域和时域非线性相结合的方法对涡激振动问题进行求解,计算在土壤非线性边界条件下的海底管线悬跨段涡激振动响应.采用三种不同的弹簧进行计算,弹簧具有不同的P-δ曲线.本文对求解方法的有效性进行考察,研究了土壤非线性对涡激振动的影响.     

浅水隔水导管动态响应及涡激振动疲劳损伤

介绍波浪海流作用下的隔水导管动力学模型,总结极限强度分析、稳定性校核和涡激振动Vortex Induced Vibration（VIV）疲劳损伤分析方法,并就某隔水导管实例分析动态响应和VIV疲劳损伤,得到隔水导管的极限强度结果、稳定性校核结果、VIV疲劳寿命满足钻井作业要求。所提出的隔水导管振动响应、VIV疲劳损伤及寿命分析方法为隔水导管的安全保障提供参考和技术支撑。     

结构支撑设计在海底管道悬跨治理方面的应用

海底管道自由悬跨可引起涡激振动,进而对海底管道造成疲劳损伤,增加管道失效的风险。本文以南海某项目海底管道实测悬跨为例,计算了海底管道许用悬跨长度并与实测悬跨对比,确定出需要治理的实测悬跨,通过三种悬跨治理设计方案的比较,最终选择结构支撑设计方案,基于SAGE Profile V6.4软件模拟分析确定支撑的位置和高度,为海底管道悬跨治理方案的制定和实施提供了参考。     

基于水声的海底管线悬跨涡激振动监测系统的设计与实现

海底管线是海洋石油集输与储运系统的重要组成部分,在海洋石油资源的开发中发挥重要作用,被誉为海上油田的"生命线"。然而,涡激振动导致海底管线悬跨产生交变应力,诱发疲劳,严重威胁海底管线的安全运行。针对上述情况,研究了基于水声的海底管线悬跨涡激振动监测技术,设计了涡激振动监测模块。试验表明监测系统具有较高的可行性。     

海底管道管跨的流激涡旋振动的试验研究与安全可靠性分析

海底管道在铺设过程中或后来受海水冲淘的作用会出现管跨段。为找出海流流激涡旋振动的基本规律,并以此为基础,分析管跨的振动响应、计算管跨的载荷与强度,研究实际管跨的安全可靠性评估的问题,采取了试验研究与理论分析相结合的方法。首先进行了管道的模拟计算,而后在石油大学海洋石油工程研究室模型试验水槽里进行了实验;在实验结果分析的基础上,参考国外有关数据标准,独立编制了管跨的疲劳寿命预测与可靠性分析的计算软件PSFRA。利用该软件,计算分析了不同长度管跨在不同载荷环境条件下的疲劳寿命问题,并给出了可靠度。找出了在稳定海流的作用下,发生同向与横向涡旋共振的条件,及发生涡旋共振时管跨的响应,建立了计算管跨振动的振幅及频率的经验公式。通过计算分析,认为管跨的同向涡旋振动一般不会对管道系统的正常运行构成威胁,而管跨的横向共振则必须予以消除。     

海底管道内部流动引起的流致振动问题研究进展

随着深海油气开发进度的加快,管内压力和流速逐渐增加,由管道内部流动引起的流致振动问题越来越受到海洋工程界的重视。本文围绕海底管道内流激振力引发的流致振动问题,从海底管道内流流致振动的理论模型、数值模拟和实验研究等方面对两相流管道系统中的流致振动研究进展进行综述,总结了多相流流致振动的成因和适用不同管道对象的理论模型;并指出采用流固耦合模拟方法可以更好地考虑实际情况,但段塞流和管道本身非线性影响的叠加增加了模拟的复杂性,建议可采用海底管道系统与管道局部仿真相结合的方法来提高模拟的准确性;同时指出目前的实验研究尽管可以给出短时间内的振动响应特性,但管道疲劳破坏演化过程及规律还有待进一步研究。     

海底管道清管用新型水下发球装置研究

针对传统海底管道清管成本高和停输问题,设计了一种适合单海管清管的发球装置。该装置通过水下发出清管器,经过需要清洗的海底管道和立管,回到平台上的收球筒中。发球装置主要由快开盲板、发球单元以及连接单元3部份组成,其驱动液是来自采油树的甲醇。介绍了发球装置清管工艺流程以及每一部分的工作流程,并通过有限元法,对发球装置的关键零部件进行了强度校核。该装置可以解决单海管清管问题,对于完成海底管道清管作业,推动国内水下清管技术的发展,有一定的指导作用。     

深水多跨海底悬空管道的疲劳分析

介绍基于疲劳分析准则的多跨海管自由悬跨评估方法,采用有限元分析软件Abaqus,结合管-土相互作用参数,建立多跨海管数值计算模型,提出悬空管道模态分析方法,并基于Palmgren-Miner线性损伤累积理论及采用S-N曲线,给出管道疲劳寿命的计算过程。通过工程实例,计算获得多跨海管的自振频率及应力幅值,完成多跨海管的疲劳寿命计算与分析,为工程设计起到一定的指导作用。     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

冰振下海洋平台上部天然气管线振动分析

渤海辽东湾的导管架平台在海冰作用下会产生比较剧烈的振动。冰激振动除了可引起导管架结构的疲劳破坏，还会引起平台上部管线的疲劳破坏与法兰的松动，因而有必要分析平台在冰振作用下的上部天然气管线振动问题。为此，基于现场监测，建立了管线系统振动力学模型，并采用有限元数值模拟的方法，考虑了管系的复杂支撑、管件、管系设备等因素对管系的影响，计算出冰振下JZ202平台上部主要天然气管系的模态、位移、转角响应及动应力幅值。结果表明，冰振对天然气管线的动态响应有重要的影响，在冰区海洋平台上部管道设计时必须加以考虑，并提出了提高管系抗振的措施。     

天然气海管半定量风险评价方法研究与应用

天然气海管在实际运行过程中存在着诸多不利于管道安全运行的潜在风险,如第三方破坏、管道悬空、管道移位等。因此,需对天然气海管开展风险评价,识别出高风险管段,进而采取针对性的风险管控措施。基于半定量风险评价原理,研究适用于天然气海管的风险评价模型及风险评价指标,并以东海TWT-CEP至宁波终端天然气海底管道作为目标管道实施应用,揭示该管道的相对风险等级及相对风险排序。风险评价结果表明,该管道总体相对风险较小,但有5段约13 km管段位于中等风险区,需加强风险管控。该半定量风险评价方法有较好的操作性和可靠性,可应用于后续海底管道的风险评价,对实现天然气海管风险分级管理具有实际意义。     

海底管道腐蚀速率预测及计算分析

为了监测海底管道腐蚀状态，预测管线腐蚀速率，评估管道强度变化情况，通过海底管道腐蚀产物的检测分析，指出海管内部发生气体腐蚀。结合超声导波检测、测厚抽查等方法，通过对腐蚀缺陷进行统计分析，得出海底管道剩余壁厚、腐蚀深度范围等数据，并采用OLGA 7.1软件建立海底管道腐蚀预测模型，计算分析出海底管道的腐蚀速率。结果表明:海管内部结垢后易发生垢下腐蚀，海底管道腐蚀深度为0~6.9 mm，腐蚀速率为0.015~0.022 mm/a，腐蚀速率在管道高程上升段变小、高程下降段变大。研究成果可为海底管道监测与维护提供依据。     

海底输油管道的稳定性评价方法及算例

文章从海底输油管道在铺设过程中极限工况时的受力状况着手,建立海底管道的受力状态模型,从横向坐底稳定性分析、垂向稳定性分析和在位强度分析三个方面阐述了如何对海底输油管道的稳定性进行分析,并以宁波岙山到册子岛的岑港水道段海底原油管道稳定性计算为例进行了计算,对该段输油管道在选定路由和管道参数条件下的稳定性作出了判定。     

三维海底悬空管道的随机振动分析

应用概率论及随机振动的理论和方法,分析了波浪力的随机模型,提出了竖直波浪力的相关函数,利用模态分析方法论述了三维悬空管道在随机波浪作用下的动力响应并给出了在随机波浪力下的动力响应谱。算例表明,振动响应的能量集中分布在波浪载荷的峰值频率处。结果可对进一步分析海洋石油管线的疲劳可靠性提供一定的理论参考价值。