极端内波流作用下顶张紧立管干涉响应影响研究

张力腿平台相邻顶张紧立管间的干涉响应是决定水下井口布置和上部浮体结构设计的关键因素。中国南海典型海域极端内波流具有流速大、次数多、周期短和难于预测等特点,是相邻顶张紧立管干涉响应的主要因素。为了评估极端内波流影响,采用三维非线性梁单元结合Huse’s涡流振子模型和"管中管"模型对顶张紧立管间干涉响应进行有限元分析。结果表明:极端内波流、顶部张紧力、涡激振动和浮体偏移距离等因素对顶张紧立管间干涉响应有显著影响。     

张力腿平台立管张紧力优化

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

顶张紧式立管现场监测传感器布点优化

顶张紧式立管(Top Tension Riser,TTR)监测系统受恶劣工作环境的影响,其安装及维护费用极其昂贵,传感器布设的数量也受到极大限制。讨论不完备阵型基础上的整体损伤识别及传感器布点优化方法,从模态正交性和识别参数敏感性出发,综合应用2种布点方案评估准则作为优化函数,目的在于提高传统传感器布点优化方法的全局寻优能力和收敛速度。以某实际立管为例,证明该方法在细长型柔性结构传感器布点优化方面的可行性和有效性。     

顶张紧立管冲程分析方法研究

主要对顶张紧立管(TTR)冲程计算方法进行研究,并给出了计算TTR冲程的主要组成部分。通过张力腿平台TTR运动系统的简化建模,理论分析了影响TTR运动冲程的主要因素,给出简单估算TTR运动冲程的解析计算方法。通过使用有限元方法对TTR运动进行动态的时域分析,对影响TTR运动冲程的因素进行敏感性分析,并给出理论解释。最后提出控制TTR运动冲程范围的有效方法,为TTR冲程设计提供参考及依据。     

TLP平台张力腿干涉分析研究

为验证相邻张力腿在安装阶段和在位阶段是否发生碰撞干涉,需进行张力腿干涉分析。采用FLEXCOM和SHEAR7软件,在考虑VIV效应和尾流效应的情况下,对某油田有4个立柱、每个立柱有2根张力腿的平台进行了安装阶段和在位阶段的干涉分析。结合张力腿海上安装方案,选取张力腿T8和T1、T2和T3完成绑扎布置之后处于自由站立状态作为典型工况进行分析,结果表明,此张力腿布置满足施工和在位干涉分析要求。最后指出,在设计过程中,如果张力腿发生干涉现象,可通过调整临时浮筒尺寸、绑扎布置或增加扰流装置以降低VIV效应等手段来消除干涉。     

张力腿平台立管张紧力优化北大核心CSCD

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

水下井口头在张力腿平台顶张式立管作用下的疲劳分析和参数比较

张力腿平台(TLP)通过顶张式立管和水下井口头的结合使用,实现了干式采油在深水浮式平台中的应用。其中水下井口头将会受到顶张式立管给井口头施加的持续荷载,需要对其抗疲劳性能进行校核。以南海某TLP项目为基础,在对该项目井口头系统进行简要介绍后,从长期疲劳分析和单个极端事件疲劳分析两个方面,对疲劳分析进行阐述。然后对影响疲劳分析的几个关键要素进行对比与分析,包括导管头尺寸和焊接疲劳曲线选择等。该研究可为其他深水油气田的开发提供参考与借鉴。     

波流耦合作用下的立管涡激振动分析研究

利用有限元软件ABAQUS中的AQUA海工模块对立管进行了数值模拟计算.在分析计算过程中,利用Morison方程求出波流耦合力,然后将水动力载荷由流场传递到立管进行动力分析.在频域和时域的振动分析中,每一步的计算结果作为下一步的初始条件进行迭代分析.分析结果表明,经过数次迭代立管的模态响应更加接近实际情况.     

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。     

波流耦合作用海上张力腿风机运动响应研究

以TLP海上风机为研究对象,结合黄海海域环境条件对张力腿风机基础的水动力响应进行模拟分析。在计算过程中,风荷载分为作用在塔柱上的风荷栽和风机荷栽两部分,采用高阶边界元法建立数值模型,开发了风、浪、流耦合作用时域程序。针对不同风、浪、流入射工况进行模拟,计算结果表明,风荷载单独作用下张力腿风机结构产生的运动响应与波流力作用下响应值比较不可忽略,并得到了一些时工程实践有意义的结论。     

张力腿平台丛式立管安装作业窗口分析

在对立管安装模型进行理论研究的基础上,考虑丛式立管之间的干涉作用,提出导向架-导向绳作用模拟方法,建立了TLP丛式立管-导向架-导向绳耦合分析模型,形成了一种以平台偏移值、表面海流流速组合参数形式确定TLP立管安装作业窗口的分析方法及流程,并以我国南海某深水油井为例开展了TLP立管安装作业窗口研究及参数敏感性分析,结果表明,TLP立管安装至海底井口但尚未对接成功工况下安装作业窗口最小,此时作业窗口在低流速区主要受立管回接连接器与竖直方向夹角限制,在高流速区主要受立管之间干涉的限制;随着波浪的增加,立管安装作业窗口逐渐变小;适当增加导向架数量并合理布置有助于增大TLP立管安装作业窗口;立管间距的减小会加剧丛式立管之间的干涉,从而使得TLP立管安装作业窗口变小。本文相关方法和研究成果可为TLP丛式立管安装作业提供理论依据。     

波流载荷作用下的下入安装立管横向动态特性

为了研究海洋立管在下入水下设备安装过程的横向动态位移及其下部弯矩变化规律,建立了海洋下入立管的横向动态承载方程、波流载荷计算方程。结合网格离散、边界条件及计算求解稳定性的分析,应用Matlab求解了波浪速度、管柱壁厚和水深变化下的立管横向变形、最大位移和位置,以及位移及弯矩动态波动过程。研究结果表明：距离立管底部50 m内的横向位移、弯矩随时间周期性波动逐步增大,立管最大横向位移与波浪速度近乎呈正比,且弯矩波动幅度及最大弯矩均随海流速度的增大而增大;随着壁厚的增大,立管抗弯强度的增大使得立管的最大位移减小、底部的弯矩幅度减小;在相同张紧力系数下,随着水深的增大,最大横向位移增大、底部的弯矩波动周期减小、弯矩波动变化值减小,最大位移位置自水深“1/3”向海面靠近。研究结果可为海洋立管下入安装设备时的安全作业控制提供基础,并为下入设备分析的上部边界提供条件。     

筋腱断裂后张力腿平台-筋腱-立管耦合系统响应分析

以某张力腿平台为例,建立了张力腿平台-筋腱-立管耦合系统动力学分析模型,开展了多种工况和不同筋腱断裂状态下平台-筋腱-立管系统瞬态响应研究.结果 表明:筋腱断裂后,平台运动位移和绕Z轴转动角度变化较小,平台绕X、Y轴转动角度变化较大且发生高频波动,经过衰减后平台的运动频率与完整状态下保持一致;位于断裂筋腱对角线位置上的...     

深海实尺寸顶张力立管固有振动特性分析

为了研究深海实尺寸顶张力立管的固有振动特性,建立了立管固有振动分析模型,并通过有限单元法编程求解,计算分析了立管顺流向及横流向振动固有频率及振型,同时分析了顶张力、海流流速及内流密度的变化对立管固有振动特性的影响规律。研究结果表明:立管顺流向振动固有频率高于横流向;立管顺流向与横流向振动固有振型不同,且均不是标准正弦曲线;顶张力的变化对立管振动固有频率及振型具有较大影响;海流流速的变化主要影响立管顺流向振动固有频率及振型;内流密度的变化主要影响立管振动固有频率及顺流向振动固有振型。研究结果可为深海顶张力立管复杂动态分析及精确设计提供参考。     

顶张力立管强度计算关键参数研究

本文对顶张力立管(TTR)强度分析中张力及张紧器的建模方法进行了研究,给出TTR强度分析中张力的计算及张紧器的建模理论。介绍了TTR强度分析建模的主要方法,对1000年、100年重现期海况下TTR的强度进行分析,使用API-RP-2RD规范进行了校核。     

张力腿平台拟静态分析

纵荡、垂荡等运动模态对张力腿内张力变动影响显著,为了确定张力腿内张力变动与两个运动模态的关系,采用非线性拟静态分析方法对该问题进行了研究。通过分析给出张力腿平台本体水平偏移、垂直下沉、张力腿内张力变化、水平外力等重要参数之间的相互关系,可初步进行定性和定量分析,对平台的初步设计有一定参考作用。     

TLP平台串行立管系统干涉影响因素分析

TLP平台串行立管系统受力复杂,容易发生干涉,立管干涉的影响因素主要包括立管间距、平台偏移、顶张力、波浪和海流等,确定各因素对立管干涉的影响规律可为TLP平台立管系统设计和作业安全提供支持。为此,建立TLP平台串行立管微分方程,采用ABAQUS软件建立P2P、P2D和D2P(P代表生产立管,D代表钻井立管)串行立管系统有限元模型,制订了评定立管干涉的标准和立管干涉分析流程,分析各因素对串行立管干涉的影响。分析结果表明,立管间距和海流对立管干涉影响较大,立管间距增大发生干涉的可能性变小;串行立管系统主要在50~100 m水深范围内发生干涉,防止立管发生干涉的最小间距不小于4 m;TLP平台偏移对立管的干涉影响很小,顶张力对D2P工况串行立管干涉影响较大,对P2P和P2D工况影响不大,波浪相位角为180°时对串行立管的间隙影响最大,在100 a一遇的海流条件下,建议停止钻井作业。研究成果可为南海TLP平台立管系统设计和作业安全提供技术支持。     

深水立管干涉分析研究

随着立管长度的增加,海洋立管间的干涉风险也在增大,在深水油气田开发的早期就应关注立管干涉问题。立管干涉包含了复杂的物理现象,其中水动力相互作用对于众多立管系统的干涉分析来说不可忽略。该文主要根据DNV—RP—F203规范介绍了基于水动力相互作用的深水立管干涉分析方法,给出了深水立管干涉分析的设计流程,探讨了立管干涉的可接受标准,为深水立管设计分析提供借鉴。     

波流共同作用下子母管的侧向稳定性分析

为降低海底管道设计和施工成本,可采用子母管平行捆绑于一体的管道结构形式。针对子母管结构特性,对其进行截面等效处理,并考虑到子母管绑扎结构形式对水动力的影响及管道由于小幅振动而产生的管道沉陷对土壤作用的影响,利用AGA LevelⅡ软件进行了准静态分析,模拟了极限工况条件下管道所受水动力作用及管土作用,得出了相应的侧向稳定性安全系数。并以某油田项目子母管设计为例进行计算,说明了该方法的实用性与简便性。