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...     

海底管线附加水质量计算方法的研究

通过数值计算证明了物体的附加水质量不仅与物体形状有关,在一定条件下还受流体边界的影响。以海底管线为例,研究了准确计算附加水质量对管线自振频率的影响。     

考虑内外压差作用的海底管道撞击凹陷预测模型建立及参数敏感性分析

针对海底管道受撞击损伤问题,基于塑性基础弦模型将管道的弯曲及轴向拉伸与塑性地基弦的地基反力及轴力相类比,从而将海底管道变形分为纵向的拉伸和环向的弯曲,进而建立了管道两端固支条件下考虑内外压差影响的撞击凹陷预测模型,通过与规范中推荐的经验公式及有限元模拟结果的对比验证了预测模型的可靠性。通过参数敏感性研究分析了管道撞击凹陷深度的主要影响因素,包括内外压差、径厚比及塑性区的边界等,结果表明:对受撞击的海底管道,管道内部流体在承受撞击力的过程中也起到了不可忽视的能量吸收作用,且在同样大小的撞击力条件下,管道压力等级越大,管道的径厚比越大,塑性区边界长度越短,其凹陷深度越小,但径厚比增加到一定程度后对减小凹陷的影响是有限的。本文研究可为海底管道的设计和安全评估提供新的参考依据。     

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。     

流体组分含量及入口温度对天然气凝析液输送管道立管系统流体流动特性的影响

天然气凝析液输送过程中海底管道立管系统可能形成严重段塞流.采用多相流模拟软件OLGA 5,分析了天然气凝析液流体组分含量及管道入口温度对立管系统流体流动特性的影响.随着流体中重组分含量的增加和管道入口温度的降低,段塞流段塞长度增大,周期增长,频率减小.应将热力学计算考虑到严重段塞流模型中.     

东海海底管道海流冲刷作用的影响因素探讨

依据以往多次东海海底管道检测成果资料,分析和探讨了形成海流冲刷作用的各种因素,可以归结为内部海洋环境和外部环境变化两大因素,以及这些因素可能对海底管道产生危害影响的程度,并总结了在长期的海流冲刷作用下海管的空间状态、海底受冲蚀的表现形式和海床冲淤变化,提出了今后检测和维护工作的一些建议。     

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,通过对管道单元和内部流体单元进行受力分析,建立悬跨管道运动学平衡方程,确定内输高温流体管道的热屈曲平衡状态。然后,在方程中引入尾流振子模型,建立内输高温高压流体管道在内外流作用下的耦合动力学方程,采用Newmark-β方法对离散的涡激振动响应方程进行逐步求解,得到管道时程的振动位移、速度及加速度,确立了有初始变形管道振动的非线性振动时域预报方法。基于该方法进行算例分析,首先对比不同模态下考虑热屈曲和不考虑热屈曲的管道振型,观察热屈曲效应对于不同模态下管道振动形态的影响;通过分析管道振动频率随时间的变化趋势,结合建模过程中刚度矩阵的变化趋势,推导出管道轴力的周期性变化会引起自然频率的周期性变化;改变管道外部流体流速,观察管道振动频率、模态和幅值的变化,分析得出管道从低模态振动转为高阶模态振...     

海底管道路由勘察及状态评估技术分析

海底管道由于长期服役,会严重影响海底管道的安全状态。在对海底管道的斟察中,因为附近海床会被冲刷,造成海底管道裸露,影响海底管道的正常运行,所以为了保证管道能正常使用,防止海洋环境受污染,对海底管道路的勘察尤为重要,为海底管道状态评估提供依据。本文根据大量工程经验,对海底管道探测实施方法进行了归纳,提高海底管道探测效率。     

海底悬空管道振动特性研究

受管道处海床的冲刷,立管与水平管道连接处常出现管道悬空,严重影响海底管道的安全运行。当管道悬空段较长时,抵抗变形的能力变弱,在管道自身和外部载荷等因素的综合作用下易发生破坏,造成巨大的经济损失和环境污染。在研究中基于土壤的Winkler线性理论,把管道与地基的相互作用用等距离的相同弹簧来代替;考虑轴向力、内压、外流和土壤刚度系数等因素的作用,根据Hamilton原理,建立振动微分方程;利用ANSYS有限元对三维海底悬空管道进行数值模拟和振动特性研究,分析轴向力、内压、外流和土壤刚度等因素对海底悬空管道振动特性的影响,计算出悬空管道的固有频率和临界长度。     

海底管道系统失效故障树的建立及定性分析

受自然环境、管道腐蚀、第三方破坏及管理不善等因素的影响,海底管道系统在铺设及运行过程中常常会失效。文中以海底管道穿孔、凝管、断裂和设备故障等主要失效形式为顶事件建立了海底管道系统失效故障树,通过系统的定性分析得到了海底管道系统失效故障树的37个一阶最小割集,进而确定了影响海底管道系统失效的4项主要因素,并针对这些主要因素提出了相应的解决问题的措施。     

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。     

海底管线附近沉积物迁移机理及危害防治

对海底管线附近沉积物迁移机理及危害进行了分析,从人为控制的角度,对减少管线在冲刷的作用下裸露、淘空等现象提出建议和看法。     

流动显示法用于海底管道淘空机理试验研究

随着海洋石油开发的快速发展,大量的海底管道被安装并投入运行。针对海底管道常见的淘空现象,采用染色液流场显示方法,试验研究海底管道从部分裸露到完全裸露后其周围流场的特征,揭示了海底管道淘空过程。     

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。     

海底输油管道充液不满时的耦联振动

在文献[1]穿越管线计算模型基础上,根据弹性体与液体的耦联振动理论,导出了海底输油管道充液不满时管内液体随管道作横向弯曲耦联振动的微分方程利用加权残数法求解该方程后,得到耦联振动下海底输油管道自振频率的近似解.再由共振条件确定出管道的极限冲刷长度.所得结果同样适用于全充满海底输油管道.     

海底无保温油气混输管道压降计算

将海底输水管道临时改为油气混输无保温管道,由于油气水物理性质的差别,应根据管内流体气、液2相的粘度、密度、界面张力等重新建立压降模型。根据胜利油田20B、20A、251B、CB502平台海底管道的数据及多相流管路压降理论,采用对比分析、数学模拟等方法,建立了贝格斯-布里尔压降模型及海底无保温油气混输管道压降数学模型。分析了包括介质起始温度、气相液相流量、管道内径、倾斜角度多种因素对海底管道压降的影响,为海底管道的设计提供了参考依据。     

海流规律与GPS定位技术在海底管道浮拖就位中的应用

本文重点介绍渤海湾埕岛油区的海流规律、GPS定位技术以及运用自然规律与GPS定位技术指导海底管道浮拖就位的施工过程,实现了利用自然规律与先进技术在海底管道施工中的有机结合。     

积液量预测方法在海底天然气管道中的应用

天然气输送过程中,在一定的温度和压力条件下会有凝析液析出造成管内积液,积液量的准确预测是确定合理清管方案的前提。为此,建立了积液量预测模型,认为管路积液量大小是由液相析出量和气体携液能力综合作用的结果,液相析出量主要取决于管线内的温度和压力,而气体携液能力主要与气相流速、管道结构以及管内流型等参数有关。对“友谊号”外输管线积液量及其分布进行了预测,获得了持液率和积液量沿线分布曲线。该预测方法对于清管作业时管路末端液体收集容器的确定、清管器的选择等具有参考意义。     

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沙漠油气田集输管线、海底油气输送管线和地面长输管线中，常遇到起伏的油气水多相管路出现段塞流，加大沿线压降、加大管壁腐蚀，甚至使管路出现不稳定的振动现象。因此如何预测沿线段塞流的流动特性参数具有重要的现实意义。文章介绍一种新开发出的具有较好用户界面具可在Windows平台下操作的段塞流软件；该软件可以从始端开始计算，也可以从终端开始计算；提供了三个可供选择的计算模型；提供了油气水多相管路沿线的压降、温降和持液率曲线图；可以计算所有的段塞流特性参数值；软件具有较高的计算精度。