海底管线悬跨监测技术初探

悬跨是作为海洋油气外输生命线的海底管线的最薄弱部分,因为涡激振动(VIV)产生交变应力,导致悬跨管段疲劳,严重威胁海底管线完整性。监测是预防其疲劳失效,提高完整性管理,降低运行风险的重要手段。但是,悬跨监测在我国尚处于技术空白阶段。鉴于此,深入分析了悬跨监测所涉及的疲劳参数、数据传输方法和数据处理方法等关键技术,并评价其目的、优点和局限性,其中数据传输是最具挑战性的环节。以水声通信网络为数据传输载体的监测技术代表了悬跨监测的发展方向,同时,其面临水声信道、海底地形、网络协议和测点自身等方面的挑战。研究内容可促进我国悬跨监测技术的发展,为海底管线的完整性管理提供技术支持。     

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.     

海底管线管跨的安全可靠性评估

海底管线的管跨在稳定海流的作用下，可能发生涡旋激振。石油大学（北京）海洋石油工程研究室受中国海洋石油总公司的委托，设计了模型实验，以研究管跨涡激振动的规律。文中介绍了该实验研究的概况，并对实验数据进行了分析。其结果表明，管跨的同向涡激振动一般不会对管线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     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

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...     

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。     

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。     

基于管土耦合模型的海底管道管跨涡激振动分析

对于海底管跨涡激振动的研究,传统计算模型是将管跨两端作固支或简支处理。考虑管跨入土段与土壤之间的非线性作用力,采用ANSYS有限元分析软件建立起管土耦合非线性有限元模型,弥补了传统计算模型的缺点。通过对不同土壤和流速条件下管跨涡激振动的研究,与传统计算模型相比,提出的管土耦合模型具有更好的计算精度,计算结果可为海底管线疲劳寿命的进一步分析提供支持。     

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。     

海底管线管跨段涡激振动下模糊可靠性评估

针对海底管线管跨的振动特性,与来自于海水运动的水动力载荷均具有模糊性的特点,应用模糊数学理论、系统分析理论和可靠性理论,对管跨段在涡激振动下的模糊可靠性评估方法进行了分析和研究。建立了其模糊可靠性的计算方法和评估模型。     

海底管道系统管跨涡激振动疲劳可靠度综合评估方法

考虑海底管道悬空的动态变化情况,并从系统的角度对管跨疲劳风险评估方法进行了研究.选取主要影响因素,运用模糊数学方法确定管跨发生概率,进而提出了一种海底管道系统管跨涡激振动疲劳可靠度的评估方法.该方法综合考虑了各管段管跨发生概率、管跨发生在同一地点的概率、管道最大疲劳损伤发生在同一部位的概率、管跨长度以及定长管跨涡激振动疲劳失效概率等因素.与传统评估方法相比,本文方法评估结果更接近工程实际.     

海底天然气悬空管道的动力学分析

海底悬空管道在受到波浪或海流的涡激振动作用时易发生共振,严重时会导致管道失效,为了减少或避免共振的发生,有必要弄清导致海底管道发生共振的各因素相关联系。以海底天然气管道为研究对象,在ANSYS中建立了管道模型;采用ANSYS模态分析方法,对海底天然气管道的固有频率进行了研究,分析了管道跨长、边界条件和管径三个影响因素对天然气管道固有频率的影响．总体来说,管道跨度越短,固有频率越大;管道两端约束条件越少,固有频率也越小;管径越小,固有频率越小。这样可以通过改变或优化管道跨长、约束条件和管道尺寸来减少或避免海底悬跨管道发     

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。     

钻井隔水管涡激振动监测装置海上试验

涡激振动引起的应力和疲劳损伤是影响钻井隔水管作业安全的重要因素,设计阶段往往采用严苛的海洋环境参数,虽然可以保证系统安全,但是却会影响钻井时效。本文利用加速度监测装置对南海X-1井进行了隔水管的涡激振动监测,通过对监测数据的频谱分析,发现隔水管产生涡激振动的频谱具有明显的锁频特征,并且涡激振动并不存在于整个作业过程,因此在实际作业阶段隔水管参与涡激振动的模态最高阶次存在超过设计预期水平的可能性。本文提出根据实测数据预测和评估钻井隔水管涡激振动响应的方法,对保证隔水管系统作业安全具有重要意义。     

深水混合立管基础跨接管设计中的关键问题

总结了立管基础跨接管设计需要考虑的关键问题,包括几何形状、静态极限强度和疲劳寿命等。研究了静态极限强度的载荷种类、边界条件和校核标准。探讨了立管涡激振动、海底底流涡激振动、段塞流、循环热载荷等对跨接管疲劳寿命的影响。在此基础上,提出了立管基础跨接管优化设计的数学模型。     

浅水海洋平台悬跨式隔水管设计方法

为节约成本,在设计要求相对较低的浅水海域采用悬跨式隔水管。详述悬跨式隔水管的设计流程,提出悬跨式隔水管设计中的等效模型设计,对悬跨式隔水管进行强度和涡激振动（Vortex-Induced Vibration,VIV）疲劳分析,提出改善VIV疲劳的方法,旨在为浅水可移动平台悬跨式隔水管的应用提供设计框架和参考依据。     

浅议应用DNV-RP-F105计算海底管道允许跨度

海底管道悬跨是危害海底管道安全的重大隐患。悬跨的海底管道，由于受到浪和流的影响，会将涡旋传递到管道的薄弱部位；如果涡旋脱落的频率接近管道振动的自然频率，涡旋脱落频率会迅速达到悬跨管道振动的自然频率，这种共振频率引起的振动会很快积聚管道疲劳并破坏管道。该研究主要根据DNV-RP-F105讨论使用顺流VIV开始值准则和横流VIV算海底管道允许跨度的方法，作为工程设计的参考。计算结果为，顺流允许悬跨长度41m；横流允许悬跨长度44m。     

海洋平台立管的涡激振动抑制研究

海洋平台立管在波浪的作用下易产生涡激振动现象(VIV),这会造成立管的疲劳损坏、缩短立管的使用寿命,还会严重威胁立管的安全稳定。为了抑制立管的涡激振动现象,提高立管的使用寿命和安全性,使用通用流体力学软件FLUENT中的动网格技术和用户自定义函数(UDF)进行造波,并采用流体体积法(VOF)监测波高建立数值波浪水池模型,基于此模型应用被动控制方法,即在立管前加一干扰柱研究海洋平台立管涡激振动抑制问题。研究表明:在立管前加一干扰柱,可以减小立管所受到的升阻力系数,从而达到抑制立管涡激振动现象;改变立管与干扰柱的距离(间距比),计算所得的立管的升阻力系数变化不大,说明改变间距比对立管的涡激振动现象没有影响。     

海洋钻井隔水管固有频率的简化计算

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备,当其固有频率与海流经过时产生的旋涡释放频率接近时,隔水管将发生涡激振动而使其疲劳寿命显著降低,因此精确计算隔水管固有频率对于预测其涡激响应和疲劳寿命是非常重要的。假定隔水管为小变形状态下承受一致张力的梁模型,基于能量守恒定律推导了隔水管固有频率的简化计算公式。实例分析结果表明,采用本文提出的简化公式得到的计算结果与有关文献给出公式的计算结果相吻合。