深水海底管道S型铺设影响因素分析北大核心CSCD

为了更全面系统地评估深水海底管道S型铺设过程中面临的高张力状态、高弯曲应力、大曲率变形、强接触作用以及管道整体几何线型等非线性因素的影响,结合海底管道铺设校核准则,针对我国南海典型海域环境条件,采用三维非线性梁单元对深水海底管道S型铺设开展动态有限元分析,得到了管道有效张力、等效弯矩、等效应力、等效应变的分布情况。对影响深水海底管道S型铺设的重要影响因素,包括托管架角度、管道铺设状态、管道壁厚等级等进行了分析。结果表明,目标工程托管架最优角度为25°;深水海底管道S型铺设应慎重选择充水铺设方式;管道壁厚对S型铺管有显著影响,实际铺设时应深入评估壁厚的影响。本文研究对深水海底管道S型铺设工程有一定的借鉴意义。     

海底管道S型铺设的计算机辅助设计

在S型海底管道铺设设计中,通常采用手动建模并调整作业线设置参数的传统设计方法.鉴于该传统方法存在费时、费力、无法用于复杂结构的托管架等局限性,开发出一套海底管道S型铺设辅助设计程序.该程序能够为任何形状的作业线建立精细的托管架模型,并自动计算最佳设置的支撑滚轮坐标.该程序采用有限元方法对海底管道静态S型铺设问题进行求解...     

S形铺管托管架的结构刚度研究

随着海底管道铺设逐步走向深海,托管架长度和管道质量也随之增加,导致托管架相对刚度变小,在管道压力的作用下,托管架发生整体变形甚至破坏。鉴于此,基于Abaqus软件,建立"海洋石油201"托管架的精细有限元模型,计算了不同铺管工况下托管架的整体结构刚度,探讨了A型支架吊点位置对托管架刚度的影响,并建立了可考虑托管架整体结构刚度的Orcaflex模型。研究结果表明,深水铺管时,托管架承受管道载荷和重力的综合作用而发生变形,其中第1节变形最小,后2节变形较大;改变A型支架吊点位置可调整托管架的整体结构刚度。     

S形铺管托管架的结构刚度研究

随着海底管道铺设逐步走向深海,托管架长度和管道质量也随之增加,导致托管架相对刚度变小,在管道压力的作用下,托管架发生整体变形甚至破坏。鉴于此,基于Abaqus软件,建立"海洋石油201"托管架的精细有限元模型,计算了不同铺管工况下托管架的整体结构刚度,探讨了A型支架吊点位置对托管架刚度的影响,并建立了可考虑托管架整体结构刚度的Orcaflex模型。研究结果表明,深水铺管时,托管架承受管道载荷和重力的综合作用而发生变形,其中第1节变形最小,后2节变形较大;改变A型支架吊点位置可调整托管架的整体结构刚度。     

深水海底管道J型铺设用管领结构设计方法研究

J型铺设是目前最适合于深水管道铺设的作业方式,但我国在深水J型铺设装备研究方面刚刚起步。对管领进行了多凸肩结构承载设计方法研究,建立了双凸肩管领结构承载模式的有限元模型,分析了管领凸肩与夹具的间隙以及管领壁厚对载荷传递分配机制的影响。管领凸肩与夹具的间隙是影响载荷分配和传递的重要因素,间隙不同,等效应力和接触应力分布变化显著,实际工程应用中必须控制间隙大小。管领壁厚增加有利于改善应力分布,但壁厚减小并不会使等效应力和接触应力发生显著变化,因此在满足结构强度要求的基础上,可通过多凸肩设计承担载荷,减小管壁厚度。     

等效离散型海底管道模型试验方法研究

随着研究水深的增加,国内现有试验水池难以完成水深2 000 m以上的深水海底管道铺设试验,因此提出了等效离散型管道模型试验方法.分别对等效离散型管道模型试验方法和连续型管道模型试验方法进行了理论分析,以及2 000 m水深海底管道铺设水池试验,2种模型的理论分析及水池试验结果较为接近,验证了本文提出的等效离散型海底管道...     

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.     

深水海底管道J型铺管法及关键技术浅析

随着近海油气资源的日益枯竭,走向深水是海洋工程未来发展的方向。深水海底管道铺设是其中重要的组成部分。本文将概述海底管道铺设方法,并着重对深水海底管道J型铺管法及其关键技术予以详细介绍和说明,以为今后类似工程提供参考。     

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。     

基于深海铺管船托管架系统调整的软件开发

为了正确调整S型铺设托管架的入水角度与各托辊的支撑位置,在深海铺管船托架系统调整分析的基础上,提出了深海S型铺设托管架调整方法,借助MATLAB软件GUI模块开发了一款通用性软件,着力提高深海作业时托管架系统调整工作的质量与效率。工程算例应用结果表明:该软件可及时提供最新的参数与模拟图像,操作简单、界面友好、交互性强,可根据实际工程需要调整或增加相关计算界面。该软件的成功开发可为托管架的调整工作提供科学依据和工程应用基础。     

基于集中质量法的深水S型铺管动力响应研究

深水S型铺设时,管线承受巨大的环境载荷,需要准确地模拟管线受力,以保证管线安全。基于集中质量法,推导管线受力计算公式,建立考虑海床、托管架以及海流影响的S型铺管的三维管线数值模型,用广义α积分对铺设系统进行动力迭代求解,采用Fortran语言编写程序,将静力分析结果与Orcaflex计算结果对比,验证了理论模型的正确性。最后结合算例分析了垂荡和纵荡运动下,张紧器张力变化情况,以及垂荡运动时管线的有效张力、弯矩、速度和加速度的变化情况。     

深水管道铺设中托管架精细建模及滚轮支撑坐标计算

针对深水管道铺设中滚轮支撑坐标难以确定的问题,开发了一种能够建立精细的托管架模型及自动获得最优化的托管架形状和滚轮高度的计算程序.应用结果表明,本文方法能够有效弥补传统管道铺设设计方法的缺陷,大大提高设计效率和可靠性.     

海底管道膨胀弯角度偏差原因分析和解决措施

海底管道膨胀弯安装是新铺设海底管道施工的重要组成部分,针对2013—2016年中国海油在渤海海域铺设的54条海底管道的113套膨胀弯在施工过程中发生实际角度与设计角度偏差影响施工效率和安装质量的问题,运用统计的方法进行了分析研究,初步掌握了膨胀弯实际角度偏差发生的频率,介绍了立管安装角度偏差、导管架安装方位偏差、水平管道铺设精度偏差、弯管角度制造偏差和膨胀弯预制偏差等主要造成膨胀弯角度偏差的影响因素,并提出了必要的预防措施。对已经发生的膨胀弯实际角度与设计数据偏差项目,根据引起角度偏差的因素,提出了焊口修正、旋转立管、搬移平管和切割弯管等有效的解决方法。     

大坡度海底管道强度分析

大坡度海底管道是油气开发经常使用的类型。针对中国南海海底地形,研究大坡度海底管道的强度,提出工程优化方法。通过分析管道结构的受力控制方程,得到管道受力分析的主要影响参数。使用非线性时域软件分析得到斜坡顶端和底端的管道易发生强度破坏。提出工程优化方案,顶端使用托管架和挖沟措施进行优化,底端使用悬链线理论进行优化设计。分析结果表明,应用优化措施后,大坡度海底管道强度满足规范要求。     

基于OFFPIPE的海底管道S型铺设计算机辅助优化设计技术

OFFPIPE是海底管道铺设设计中广泛使用的功能强大的铺管分析软件,但是,该软件也存在对托管架建模不够精确、手动操作过程较繁琐以及输出结果难于被数据处理软件读取等缺点。文章论述了采用Delphi开发了一套针对OFFPIPE的辅助优化设计软件,具有对托管架精细建模、OFFPIPE外部程序自动控制、OFFPIPE输出文件读取等技术特点,使繁琐的人工设计调整过程完全自动化。该软件大大提高了OFFPIPE的使用便捷性和效率,在海底管道铺设设计领域有很高的应用价值。     

深水顶张紧式立管壁厚与材料选择研究

本文通过对深水立管规范API RP 2RD的研究,对适用于深水浮式平台的顶张紧式立管(TTR)系统进行壁厚及材料的选择研究。本文以张力腿平台(TLP)作为主平台,以静力计算为基础,对1500 m水深内顶张紧式立管系统的基本强度进行校核研究。通过对顶张紧式立管的在位状态进行数值模拟分析,计算得出适用不同材料的管道壁厚。在壁厚选择的基础上,通过对不同材料的壁厚引起的张力变化等因素进行初步的材料选择。     

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。     

海洋石油201水下管汇在线安装极限能力评估

水下管汇在线安装是指将水下管汇、海底管道终端、三通等结构物在铺管船作业线上与管道连接,并随管道通过托管架安装到海底的过程。结合海洋石油201船特性,根据其几何限制、能力极限条件及管道强度要求等,针对水深、管径、结构物湿重及长度对海洋石油201船的水下管汇在线安装的极限能力进行评估,并形成极限能力包络线。采用OrcaFlex通用有限元软件,分析过程分为裸管分析、关键位置筛选分析、详细静态分析以及结果后处理。已知设计基础数据包括水深、管道外径和壁厚、水下管汇长度和湿重,通过查阅海洋石油201船的水下管汇在线安装能力包络线,对水下管汇的安装方案做出预判,为工程实践提供参考。     

海底管道涂层抗滑脱技术及应用

文章根据铺管船采用S型铺设海底管道的作业特征,介绍了海底管道防腐层和混凝土配重层涂敷工艺,可以确保各钢管涂敷层间具有足够的剪切强度,使得在铺管过程中设定的轴向张力作用下,不致发生钢管各涂敷层间剪切强度不足而产生滑脱的现象,保证铺管过程中海底管道完好.     

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。