深水海底管道J型铺设技术研究

J型铺设是目前国际海洋工程界主要的深水海底管道安装方法之一。本文对J型铺管技术进行了较为全面的介绍,内容包括:J型铺管的基本概念和特点、作业流程、铺管设备、安装设计准则等。安装设计准则重点论述了荷载控制条件和位移控制条件的选取,及以外压为主导的压溃、局部屈曲和扩展屈曲等失效极限状态校核方法。     

J型铺设升沉运动下管道动态响应分析

为了研究J型铺设升沉运动对管道应力的影响,利用ABAQUS软件对管道进行有限元建模,分析了不同水深、铺管角度和管道容重下船体下方10 m和TDP附近管道的动态响应。建模时采用PSI单元模拟管道与海底土壤之间的相互作用,将土壤反力定义为非线性。分析结果表明,在船体升沉运动影响下,轴向张力的变化是导致管道应力变化的重要因素;TDP附近的应力变化不仅要考虑轴力变化,还要考虑弯矩变化;若以增大壁厚的方式增大容重,则管道抗弯刚度增大,尽管TDP处管道静态应力呈增大趋势,但最大动态应力相差不大,接近船体处管道的静态应力和动态应力都会增大,实际作业时要根据具体情况选择管道容重。     

海底管道铺设施工设计分析

在简要分析海底石油管道铺设现状的基础上,综合研究“S”型铺管与“J”型铺管的着底管段与悬跨管段的受力及变形.采用Pasternak双参数模型分析着底管段海底基础与管道的相互作用,用加权残值法求解考虑波浪荷载作用下悬跨管段的高阶非线性微分方程.分别利用“S”型铺管与“J”型铺管时,托管架与管道相互作用条件及着底管段与悬跨管段的连续条件,获得了“S”型与“J”型铺管时管道的变形、内力及强度计算的近似解,并编制了相应的设计软件.算例分析了在不同施工参数与托管架结构参数组合下管道的相当应力沿管长的变化曲线,可为“S”型与“J”型铺管设计提供参考.     

蛇形铺管形状对海底管道横向屈曲的影响

蛇形铺管法是一种有效控制管道横向屈曲的方法,该方法的关键是使管道在预设位置激发屈曲,且管道后屈曲的弯矩及应变控制在合理的范围内。文章提出了一种新的蛇形铺管形状,即正弦曲线形状,基于ANSYS软件建立了用于平坦海床上蛇形铺设管道横向屈曲分析的计算模型,对正弦曲线形状的蛇形铺管形状进行了分析,并与工程普遍采用的弧形铺管形状进行了对比。对比分析表明,正弦曲线铺管形状有效地降低了管道屈曲的临界荷载,且管道后屈曲的弯矩及应变更低。     

浅水海域内防腐管道铺设屈曲监测方法研究

由于内防腐海底管道在管道内部增加了防腐涂层,传统的机械式屈曲探测器无法进行使用,需要采用其他的屈曲监测手段,通常可情况下,在铺管船上配置ROV进行海底管道铺设监测着泥点进行屈曲监测,但是针对浅水海域的施工,海底管道铺设着泥点和船尾间的距离远大于水深,ROV布置在铺管船上不能进行精准的着泥点监测.本文通过采用USBL信号...     

海底输气管道强度设计

海底输气管道建设方兴未艾，海底管道设计正向着高压力、大管径、长距离、深海域发展。与陆上管道强度设计不同，海底管道壁厚计算的基本载荷除了管道内压外还应考虑海水水深造成的静水压力。在很高的静水压力作用下，管道截面可能发生屈曲，当外部压力超过某一临界值时，局部屈曲可沿管线轴向传播。本文介绍了海底管道强度设计的特点、管道壁厚的计算方法和防止海底管道发生屈曲变形传播的措施。     

海底管道J型铺设过程分析

以海底管道J型铺设过程为研究对象,运用海洋动力学软件OrcaFlex建立包含船体、张紧器、管道、绞车等在内的铺设系统模型,分别对静态和动态铺设过程进行分析。在静态铺设过程中,管线有效张力由顶部至末端逐渐减小;最大von Mises应力在悬跨段先减小后增大,在管道接触海底后急剧减小。在动态铺设过程中,引发管线顶部有效张力增大的情况有:波高、水深增大,船体偏移回转,铺设角度减小;引发触底点最大von Mises应力增大的情况有:波高、水深增大,铺设角度减小。船舶横倾及尾倾均减小管线顶部有效张力,但对触底点最大von Mises应力无明显影响。波浪周期的影响较特殊,在某一范围内存在特定周期使得张力和应力响应最大。     

管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

外压作用下夹层管复合结构屈曲传播分析

深海巨大的静水压力容易引起管道的局部屈曲失稳。针对外压作用下的深水夹层管复合结构屈曲传播问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了含初始缺陷下夹层管三维非线性准静态屈曲传播数值模型,得到屈曲传播过程中夹层管的屈曲变形形态,并在此模型基础上针对夹层管屈曲传播性能进行了广泛的参数敏感性分析。计算结果表明:初始缺陷大小主要影响夹层管屈曲失稳压力,而对屈曲传播压力无明显影响;增强夹层管层间粘接特性能够显著提高管道抗变形能力,增大屈曲传播压力;夹层管几何尺寸参数及材料力学特性对夹层管屈曲传播性能有显著影响。研究结果对于石油夹层管道的优化设计具有一定的参考意义。     

钢悬链线立管S形铺设极限水深

针对南海某气田铺管船正常铺设钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的作业,基于OrcaFlex数值模拟对立管进行总体动态分析,确定立管可安全作业的阈值环境条件。研究波浪方向、海流速度、立管外径、壁厚等对立管正常铺设作业窗口的影响,进一步分析不同外径、壁厚立管在不同水深下的适用性,确定立管极限安装水深。研究表明,立管作业窗口对浪向较敏感,在随浪条件下进行铺管作业更安全。随着立管外径、壁厚、表面流速增大,波高-周期作业窗口减小,极限铺设水深减小。     

基于配点法的海洋铺管S段力学分析与计算

海洋管道的工作环境特殊性,其铺设施工质量直接影响后期使用性能及维护保养成本。对海洋管道铺设过程中的变形量计算与分析,尤其是S段变形量的控制是确保其施工质量的重要手段。采用三次B样条函数对铺管时的悬跨曲线进行拟合,利用加权残数方法中的配点法对数学模型建立求解方程,并在求解非线性方程组时,利用牛顿法迭代求解,得出管道各节点的受力情况。开发出相应的海洋管道铺设力学计算软件,并进行了实例计算,从而为海洋管道的铺管作业施工提供了有效的技术手段,具有应用价值。     

中国石油形成海底管道抗屈曲和抗压溃模型实验技术

设立于中国石油集团海洋工程有限公司工程技术研究院的集团公司海洋工程重点实验室,依托国家863项目"深海油气输运高强厚壁管材关键技术研究",形成深水高压环境下的海底管道的抗屈曲和抗压溃模型实验技术。这项技术用于解决深水海底管道在铺设过程中受到静水压力和弯矩联合作用下的抗屈曲和抗压溃实验检测。海洋工程重点实验室技术人员通过管道有限元模型分析,建立缺陷和弯矩等效关系,确定缺陷尺寸,设计     

深水管道J形铺设工艺分析

介绍了深水管道J形铺设法的原理和类型,将国外成熟J形铺设工艺分为起始铺设、正常铺设和终止铺设等3个部分,并系统研究了各部分的工艺流程,对J形铺设的关键设备及操作进行了较详细的说明。针对我国南海海况特点,以中海油在建的16 000 t深水起重铺管船(J形铺管船)为设计母船,根据正常铺设工艺要求,提出了J形铺设系统概念设计方案。这对我国J形铺设工艺的研究和南海深水油气开发都具有一定的指导意义。     

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空，管道的环焊缝是薄弱环节，极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性，以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象，分析悬跨段管道所受复杂应力情况，建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型；基于非线性有限元法，创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元，建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型，得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力，并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性；在此基础上，考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数，采用单因素敏感性分析法，识别各参数条件对管道J积分的影响规律，得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。     

焊接残余应力对深水立管力学性能的影响

在J型铺管时,焊接质量对于钢悬链线立管能否安全服役有着很大的影响。在系统研究焊接残余应力分布规律的基础上,运用整体模型和局部模型相结合的方法,研究了立管焊接残余应力对深水立管力学性能的影响。建模时使用ABAQUS软件模拟焊接过程,利用DFLUX子程序进行二次开发来编译双椭球热源模型,将焊缝及附近区域的网格进行加密细划。分析结果表明,焊接残余应力对深水钢悬链线立管焊缝中心线附近的强度影响很大,对于立管整体来说,焊接塑性区存在的范围很小,即使应力过大也不会造成承载面的全屈服而发生立管的塑性断裂;在焊接残余应力影响下,各水深立管管段所受的平均应力幅值均有所增大,疲劳损伤增加;J型铺管时建议采取一定的应力释放措施,以保证钢悬链线立管在使用年限内能够安全服役。     

高温油砂输送双层管屈曲失效动态模拟方法

为了确保高温埋地双层输送管道的总体稳定性,避免管道因轴向压缩力过大而导致屈曲失稳甚至泄漏,准确模拟双层管道屈曲失效过程并制定恰当的屈曲抑制措施十分必要。以某高温预应力油砂输送管道为例,应用OLGA软件及ABAQUS软件相结合,对埋地双层管道泄漏时管内流体瞬态变化过程、管道-土壤的耦合受力分析和隆起屈曲失效过程进行动态模拟,并提出缓解管道高温失稳的多项技术措施。双层管屈曲失效动态模拟方法有助于准确模拟埋地双层管道泄漏后的隆起屈曲,提升管道运行期的安全,并可用于管道泄漏事故原因评估。     

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。     

“海洋石油201”用于陵水17-2气田深水钢悬链立管铺设的可行性分析北大核心CSCD

为充分发展我国自有深水铺管装备能力,对"海洋石油201"(HYSY201)铺管船用于陵水17-2气田深水钢悬链立管(SCR)S-Lay铺设的可行性进行了研究。以外径323.9 mm的SCR为例,采用有限元软件OrcaFlex就SCR起始、正常和终止铺设等3个阶段进行了静态分析,并基于静态分析结果选择对应的关键步骤进行了动态分析,评估了SCR最大顶部张力、上弯段和悬垂段的最大应变、托管架滚轮最大支反力等,进而判断HYSY201可否用于陵水17-2气田SCR的铺设。结果表明,HYSY201可用于陵水17-2气田外径不大于323.9 mm的SCR的铺设作业,但是无法用于外径为457 mm的SCR铺设作业,需要使用其他更高能力的S-lay铺管船或J-lay铺管船完成铺设。本文研究结果为陵水17-2气田深水SCR铺管船的选择及铺设方法的确定提供了重要的参考依据,具有实际工程指导意义。     

J型铺管法研究进展

深水海底管道铺设最重要的方法就是J型铺管法。介绍了国外成熟J型铺管法的主要特点、工艺流程及当前J型铺管法的主要分类,为我国深水铺管技术的发展提供参考。     

S-lay型和J-Lay型铺管船的功能扩展研究

铺管船除了具备管道铺设功能以外,还应该具备管道弃置回收作业以及安装水下生产设施(如PLET)的功能。介绍了使用J型铺管船来进行管道铺设、弃置回收及水下生产设施安装的过程。基于J型铺管方法设计了一套多功能水下生产设施安装系统,以解决S型铺管船不具备安装水下生产设施能力的问题,并扩展了J型铺管船的相关功能。结合设计的多功能水下生产设施,提出了铺管船使用此套装置来安装水下生产设施的步骤,对南海的管道铺设和水下生产设施安装具有指导意义。