船舶锚泊作业对海底管道安全风险分析

船锚撞击、拖曳是海底管道遭受第三方破坏，导致海底管道发生泄漏，造成海洋环境污染、生产停滞等严重后果的主要因素之一。针对渤海湾水域水深较浅、航运密集度高的现实情况，建立落锚贯入深度的数学模型，采用耦合的欧拉-拉格朗日方法模拟计算方法，计算出船舶落锚后的贯入深度，提出渤海湾某海底管道埋设深度的安全值；根据落物漂移轨迹理论，计算落锚击中海底管道的概率，综合分析得出船舶落锚对该海底管道安全风险；通过计算拖锚时锚爪的入土深度和渤海水域拖锚的可能性，得出拖锚对海底管道安全风险。分析计算落锚、拖锚等船舶锚泊作业对海底管道产生的安全风险，对海底管道管理方、船舶方、海事部门共同保护海底管道具有一定的指导意义。     

基于CEL的船舶抛锚撞击对海底管道影响分析

沿海区域各类船舶抛锚作业对于海底管道的碰撞损伤风险不断提高。采用耦合欧拉-拉格朗日方法 (CEL)模拟了抛锚撞击海底管道过程。采用Mohr-Coulomb模型模拟海床的非线性特征,并利用罚函数法处理锚、海床与管道之间的相互作用。通过对不同土壤特性、落锚速度、锚自身尺寸及重力和管道埋设深度的参数分析研究了其对管道撞击塑性变形的影响,分析结果表明,埋设管道上部土壤特性在吸收落锚撞击能量中起重要作用,而撞击塑性变形与锚的类型和撞击速度密切相关。研究成果对海底管道抗锚害设计具有一定的理论指导意义。     

抛锚对海底管道的碰撞损害

锚击是造成海底管道第三方损伤的重要因素。分析锚击对海底管道的撞击损害,撞击分析中,根据挪威船级社的海底管道保护风险评估规范(DNV-RP-F107)的指导意见,分析船舶抛锚作业撞击海底管道的能量、海底管道壁凹坑吸收的能量和海底管道保护层吸收能量的计算方法,并通过2个工程计算实例,得出5.25t和20.0t锚重落入海底时海底管道的损坏等级,确定合理的埋深,为海底管道安全敷设提供参考。     

社会环境因素对海底管道埋设深度的影响

影响海底管道埋设深度的社会环境因素主要有渔业活动和航运活动。在比较国内外有关海底管道埋设深度的法规、规范的基础上,以我国在役的6条海底管道为例,通过计算分析了拖网撞击和锚撞击对海底管道的影响;并结合我国海域船舶及在役海底管道状况提出了管道埋设深度推荐方案,可为今后我国海域海底管道埋设深度研究及相关法律、规范的制定提供技术参考。     

海底管道维修方法综述

海底管道是海上油气田开发、生产与油气外输的主要生产设施 ,目前海洋石油总公司铺设的海底管道总长度已超过 2 0 0 0km ,进入 2 0世纪 90年代后 ,由于各种原因 ,如管道运行状态超出设计范围 ,船舶起抛锚作业 ,拖网捕鱼碰撞 ,海底冲刷以及施工操作不当 ,落物冲击 ,介质腐蚀等 ,相继出现海底管道损坏事故 ,其损坏形式多种多样。根据海洋石油总公司在役油气田海底管道的维修实践、海底管道损坏情况及海况特点 ,介绍几种海底管道维修方法 ,并对海底管道的安全运营提出建议。     

非刚性底质上海军锚对光电复合缆撞击损伤分析

船锚撞击容易使海底电缆断裂、破损,为此,开展海底电缆结构的撞击损伤研究,对保障海底通讯通电生产安全具有非常重要的意义。针对非刚性底及质海军锚,建立落锚冲击光电复合缆的有限元计算模型,通过对落锚冲击时光电复合缆结构的等效塑性应变和截面变形量的计算分析,发现光电缆各层结构的应变和变形趋势基本一致,从而可以从外层铠装的损伤来判断内部结构的损伤情况。计算结果对比试验结果表明,光单元比电单元更容易遭受挤压变形,当光电缆的截面变形量达到9%,电缆中光单元受损。     

海底管道混凝土配重层抗撞击影响分析

海底管道在第三方冲击载荷作用下的安全性评估方法还未达到应用于工程实际的程度。鉴于此,采用有限元方法对考虑混凝土配重层的海底管道撞击损伤进行研究,考虑材料非线性、几何非线性及接触界面非线性等因素对海底管道结构损伤变形的影响,深入分析不同落物形状、落物速度、落物质量和混泥土配重层厚度对管道撞击塑性变形的影响。分析结果表明,海底管道抗撞击损伤性能的增强趋势随混凝土配重层厚度的增加而有所下降;在坠落物为立方体、球体和圆锥体情况下,圆锥体坠落物撞击损伤最严重;海底管道撞击损伤与坠落物质量和速度成正比。研究成果对于海底管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值。     

仿生水草在海底管道悬空防护中的应用

海洋构筑物的海底防冲刷是海洋工程亟需解决的问题。文章阐述了仿生水草海底防冲刷技术,该技术基于海洋仿生学原理,通过仿生水草对海流的黏滞阻尼作用,降低海流流速,促进泥沙淤积,从而解决了海底管道等构筑物的悬空、淘空等问题。该技术应用于埕岛油田海底管道悬空治理具有明显的促淤埋管效果,为河流及海底管道的悬空防护提供了新途径。     

锚泊作业对海底管道撞击概率的研究

海底管道遭受的偶然性载荷破坏是其破坏的主要原因,由事故性锚泊作业引起的管道破坏就是其中的一个重要方面,文章依据挪威船级社工业标准(DNV-RP-F107)对海底管道的风险评估方法,从概率论的基本原理出发,描述了在不同锚泊作业情况下,锚和锚链撞击海底管道的概率模型以及撞击概率的计算过程,并举例说明了计算方法。     

基于ANSYS/LS-DYNA的海底管道受抛锚撞击动力学仿真

基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析方法,对海底悬空管道受抛锚撞击过程进行了数值仿真。采用非线性弹簧模拟管—土之间的耦合作用,应用弹塑性碰撞理论求解了海底管道悬跨段受锚击部位的等效应力、应变时间历程,同时探讨了锚击速度、混凝土保护层对管道最大等效应力的影响。     

抛锚作业撞击海底管道的影响分析

抛锚作业可能会撞击海底管道,对管道的安全运行造成威胁。文章分析了船舶抛锚作业撞击海底管道的能量、海管壁凹坑吸收的能量和海管保护层吸收的能量的计算方法,并给出了工程计算实例,得出不同锚重、埋深条件下海管的损坏等级,确定了合理的埋深,为海管安全敷设提供必要的参数。     

跨航道海底管道覆盖层清理及防护工艺技术

为确保某穿越港口航道海底管道深埋项目施工质量并避免海底管道改线、下沉施工导致的长时间停产,对技术方案进行对比论证研究,提出采用新型柔性防护垫工艺对海底管道进行不停产防护的创新方案。论证该方案的可行性,并对新型柔性防护垫的防护效果、海底管道原覆盖层清理工艺、柔性防护垫和高精度抛石保护等关键施工工艺进行合理化方案设计。实践结果表明,采用创新方案实现了在不影响海底管道安全生产且满足航道通航与航道疏浚要求的同时,不降低管线覆盖层的安全保护功能与可靠性的目的。研究成果和施工经验可为今后开展类似海底管道深埋处置工程提供借鉴和参考。     

渤海海底输送油气海水管道的防护

海底输送原油、天然气和注海水管道的铺设是项投资巨大的永久性工程,一般要求管道在不加维修的情况下能够保护20年以上。但在腐蚀十分苛刻的海洋环境中,欲使其达到安全服役20年以上,必须搞好管道的内外防腐蚀工作。 根据渤海海上油气田多年开发的实践,本文综合地叙述了渤海海上油田输送原油、天然气、海水的不同类型海底管道的外防腐蚀涂层、立管及其护管的涂层、补口涂层材料的制作、施工技术、质量控制要求;采用铝—锌—铟系牺牲阳极的设计、制造、安装、检验等有关技术问题;防止原油、天然气、海水中的腐蚀性介质对海底管道内壁腐蚀所应用的方法。同时,本文也提出了海底管道防腐蚀设计、建造、施工中所采用的有关国际规范与标准。     

基于缺陷评估的海底管道设计研究

针对海底管道的裂纹和腐蚀两种主要缺陷,研究了基于缺陷评估的海底管道设计方法,建立了基于缺陷评估的海底管道设计步骤。     

海底管道损伤悬跨段磁记忆检测研究

海底管道是保障海上油气田持续开发的重要运输手段,海底管道在生产运行过程中容易受到腐蚀及外力作用产生缺陷而导致失效,因此定期对海底管道进行内检测是保障管道安全运行的必然需求。鉴于此,对试验管道损伤部位进行了力磁耦合仿真,仿真结果显示在管道的受力部位产生了磁场强度的变化。又以磁记忆检测技术为基础并结合已有的管道漏磁内检测技术,研制开发了海底管道内检测器,同时开展了海底管道悬跨段损伤磁记忆现场检测试验研究。试验结果表明:管道磁场强度整体呈现两端高、中间低的规律,并且在损伤部位磁场信号产生畸变;依托磁记忆检测技术研制的海底管道内检测器能有效检测出海底悬跨管道损伤段,伴随着管道损伤程度增加,检测信号梯度值显著增大。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道损伤检测提供了技术支撑。     

海底管道典型缺陷磁记忆检测试验研究

针对海底管道在生产运行中受到腐蚀性介质及外力作用,易产生缺陷导致失效的问题,以磁记忆检测技术为基础,研制开发了海底管道内检测器,基于海底管道损伤典型缺陷形式设计并搭建了管道损伤检测试验台,对研制的海底管道内检测器进行了管道损伤检测试验研究。试验结果表明,研制的海底管道内检测器能够有效检出管道已有缺陷;对不同缺陷类型、尺寸磁记忆检测信号的特征参数进行对比分析,证实了磁记忆检测技术在缺陷量化中的应用潜力。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道缺陷损伤检测提供了技术支撑。     

海底单层保温配重管节点耐静水压试验研究

基于BZ34-1油田海管现场节点补口结构,进行了不同静水压条件下的耐静水压试验研究与分析,并对海底单层保温管的结构设计提出了建议,指出了未来单层保温管节点补口技术的发展方向。     

基于完整性技术的海底管道腐蚀失效评价

在总结国内外海底管道安全评估现状的基础上,从工艺分析、腐蚀分析和结构强度分析等3个方面建立基于完整性技术的海底管道腐蚀失效多维度评价体系,并以某腐蚀海底管道为例全面开展腐蚀失效评估工作,判断其能否继续安全运行,以期为今后海底管道腐蚀失效安全评估提供参考。     

海底管道侧向屈曲激发设计应用及验证

介绍国内首次进行海底管道侧向屈曲激发的工程设计应用和基于投产后调查的验证及再分析。进行基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制基础。根据铺设后调查,对管道铺设后不直度、沉降值等数据进行分析,发现南海海底管道由孤立波造成的海床沉积物不均匀沉积的直接证据。投产后调查验证了侧向屈曲激发装置的有效性,并根据膨胀、侧向屈曲量进行再分析,验证管-土作用参数。结论对深水高温高压海底管道设计与建设以及管-土作用参数的计算有一定的指导意义。