含初始缺陷海底管道外压非线性屈曲研究

随着海洋油气的开采逐步走向深水,外部静水压力成为深水海底管道的重要环境条件。含初始缺陷海底管道在外部压力的作用下,可能会发生局部屈曲,并沿轴向发生屈曲传播,造成重大损失。为了进一步探究含初始缺陷海底管道在实际工况下受到外压作用时的响应,运用数值模拟方法对海底管道在外压作用下的屈曲特性进行研究。考虑到海底管道材料非线性和几何非线性,通过非线性有限元方法对带初始缺陷管道的压溃力学特性进行了研究;基于Python参数化建模的方法,计算超过1 200个数值模型,对影响带初始缺陷管道屈曲的几何参数和材料参数进行敏感性分析;运用非线性最小二乘法拟合得到极限承载力简化计算公式,并与相关试验数据进行对比,误差小于7%。     

深水海底管道J型铺设技术研究

J型铺设是目前国际海洋工程界主要的深水海底管道安装方法之一。本文对J型铺管技术进行了较为全面的介绍,内容包括:J型铺管的基本概念和特点、作业流程、铺管设备、安装设计准则等。安装设计准则重点论述了荷载控制条件和位移控制条件的选取,及以外压为主导的压溃、局部屈曲和扩展屈曲等失效极限状态校核方法。     

深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究

为了明确深水海底管道的抗深水压溃性能,防止管道发生压溃屈曲及屈曲扩展破坏,采用有限元模拟及实物管件外压测试试验的方法,对开发的X70钢级Φ914 mm×36.5 mm规格深海用厚壁直缝埋弧焊接钢管管件在35 MPa均布外压载荷下的抗深水压溃屈曲性能进行了试验研究。深海高压模拟试验舱外压测试试验表明,管件在不承受内压的条件下,最大外压加载至35 MPa,并保压15 min,管件无失稳、凹陷或压溃现象,管件的变形属于弹性变形。研究结果表明,试验管件的强度能够承受35 MPa的静态外压载荷,具备抵抗相当于3 500 m水深的海底管道的压溃屈曲能力。     

基于深水海底管道压溃破坏的结构可靠性研究

针对深水海底管道压溃破坏失效特点,利用数值模拟和全比例压力试验相结合的方法,开展了深水海底管道结构屈曲压溃分析,在此基础上拟合出管道压溃破坏的结构承载力显式表达式,并以此构建安全裕度方程;采用国际推荐的JC法进行了深水海底管道结构可靠性指标计算,对不同初始椭圆度、轴向拉力、屈服极限和径厚比等随机分布参数进行了敏感性分析,研究了参数分布对深水海底管道可靠度的影响,为深水工程结构设计提供了参考和安全保障。     

深水海底管道屈曲扩展非线性有限元分析

基于ABAQUS对深水海底管道屈曲扩展进行了有限元分析。有限元分析采用Riks法,考虑Ramberg-Osgood材料非线性本构关系,模拟了在初始椭圆度缺陷下的系统压溃和屈曲扩展过程。通过有限元模拟对屈曲扩展压力与径厚比D/t关系进行了深入研究,并与DNVGL-ST-F101和API-RP-1111规范公式计算值进行比较,表明模拟分析所得各个海底管道径厚比D/t的屈曲扩展压力与DNVGL-ST-F101规范值相吻合,即使对于DNVGL-ST-F101超出规范公式适用范围的小径厚比(D/t≤15)的情况同样如此,表明在小径厚比条件下DNVGL-ST-F101屈曲扩展公式仍然适用。海底管道屈曲扩展有限元模拟方法和所得的结论对深水海底管道壁厚选择和止屈设计(尤其是小径厚比D/t≤15)有指导作用。     

深水海底管道屈曲试验数据采集技术研究

为了观察深水海底管道屈曲试验过程中管道的屈曲进程和测量管道在屈曲变形过程中的应变,设计和完善了一种适用于深海海底管道屈曲试验数据采集的工艺流程和方法。数据采集工作的重点是保护应变片并使其在模拟深海环境中能够正确输出试验数据,同时可以实时监控试验压力等数据。试验结果表明：研制出的深水海底管道屈曲试验数据采集技术和方法可行、有效。     

管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

长径比对水下夹具维修海底管道的压溃影响

夹具维修是点蚀穿孔海管维修的主要方法,但夹具施加给海管的压力过大会导致海管发生压溃失效。鉴于此,利用有限元分析软件ABAQUS建立了点蚀穿孔管道的有限元模型,研究长径比B/D对夹具维修点蚀穿孔海底管道压溃性能的影响,分析了点蚀穿孔海底管道在夹具作用下的抗压溃能力,给出了B/D与夹具压溃压力pc之间的关系。研究结果表明:当长径比B/D一定时,随着海管内压的增大,海管抗夹具压溃能力越强;内压一定时,海管抗夹具压溃能力随长径比的增大而增强。研究结果对夹具维修方法的适用性评价以及夹具整体结构优化设计具有指导意义。     

含腐蚀缺陷海底管道压溃压力计算方法

腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验数据对比验证了其可靠性。在此基础上,开展了腐蚀参数敏感性分析,得到了腐蚀深度、长度和宽度对海底管道压溃压力的影响规律:腐蚀长度、宽度和深度对海底管道的压溃压力影响效果依次递增,相对于轴向短腐蚀管道,腐蚀深度和腐蚀宽度对长腐蚀管道压溃压力的影响更大。基于敏感性分析和大量数值计算结果,采用非线性回归方法得到了含腐蚀缺陷海底管道压溃压力的计算公式,将该公式计算结果与文献试验结果和现有方法计算结果进行了对比,本文回归公式与试验值的误差小于10%,与现有计算方法的误差小于3%,证明本文回归公式能较为准确地预测含腐蚀缺陷海底管道的压溃压力。相关成果为含腐蚀缺陷海底管道的完整性评价提供了参考。     

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。     

基于半定量方法的深水海底管道应急维修风险评估研究

随着我国南海深水油气田的开发利用,深水海底管道维修研究成了行业关心的热点问题之一。在调研国内外相关企业维修技术的基础上,形成了500 m和1 500 m海底管道维修工艺流程。根据DNV船级社海洋工程相关规范,提出了深水海底管道维修的半定量风险评估方法,开发了相应的风险评估软件系统。最后,分析比较了500 m和1500 m水深海底管道的机械连接器应急维修流程,应用专家打分法开展了风险分析,并推荐了相关风险控制的措施。     

深水高压舱典型实验实例研究

随着深水条件下海洋资源开发活动的增加,将出现越来越多的水下设备。文章以中国石油集团海洋工程重点实验室研制的深水高压舱为例,通过两个典型的结构物模型实验案例,总结了深水高压环境下海工结构物的检测实验流程,为今后的实验研究提供指导,为规范和标准的编制提供参考。     

外压作用下夹层管复合结构屈曲传播分析

深海巨大的静水压力容易引起管道的局部屈曲失稳。针对外压作用下的深水夹层管复合结构屈曲传播问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了含初始缺陷下夹层管三维非线性准静态屈曲传播数值模型,得到屈曲传播过程中夹层管的屈曲变形形态,并在此模型基础上针对夹层管屈曲传播性能进行了广泛的参数敏感性分析。计算结果表明:初始缺陷大小主要影响夹层管屈曲失稳压力,而对屈曲传播压力无明显影响;增强夹层管层间粘接特性能够显著提高管道抗变形能力,增大屈曲传播压力;夹层管几何尺寸参数及材料力学特性对夹层管屈曲传播性能有显著影响。研究结果对于石油夹层管道的优化设计具有一定的参考意义。     

静水压力作用下海底单层保温管道压溃屈曲分析

基于弹性力学理论,根据单层保温管道的结构特点、力的层间传递特性和管体变形协调条件,建立了静水压力作用下海底单层保温管道各层受力分析模型,探讨了静水压力作用下海底单层保温管道各层应力分布计算和临界屈曲荷载分析方法,并对南海某油田海底单层保温管道进行了压溃屈曲分析计算,其结果已用于该工程项目设计,并通过了第三方检验机构的检查。     

中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院

<正>海洋工程实验及检测技术拥有目前国内唯一的大型滩浅海工程模拟实验室,具有模拟海洋波浪、流、风的功能,可以开展海洋构筑物、堤坝、工程地质等方面的物模实验。近几年,自主研发了一系列海洋工程检测装备,如国内第一套海底管道内爬行器及其检测装置、国内首台恶劣海况下海底土液化动态监测装置和国内第一套浑浊水成像装置等。海底管道内爬行器及检测装置可进行压差驱动漏磁检测、压差驱动超声检测和缺陷定位检测。恶劣海况下海底土液化动态监测装置是一种可实     

动力载荷与外压联合作用下深海管道的压溃

建立具有局部椭圆度的海底管道模型进行结构安全评估,模拟管道屈曲过程并得到临界动力面载荷幅值。分析阻尼对管道屈曲的影响并选取管道阻尼比,并对考虑阻尼管道模型的外压、圆频率、椭圆度进行敏感性分析。结果表明:阻尼对动力载荷下管道压溃有较大影响。在其他条件相同的情况下,余弦载荷对结构的危害性大于正弦载荷,椭圆度管道长轴动力加载的危害性大于短轴加载。     

含初始缺陷海底管道非线性屈曲失稳外压判别方法研究

海底管道处于深海高压环境,任何微小的缺陷都可能大幅降低管道的屈曲压力.将线性屈曲分析的屈曲模态作为初始缺陷的参考值,对受外压海底管道进行非线性有限元分析.研究结果表明,受外压作用的海底管道在径向产生膨胀变形和压缩变形,而且变形沿轴向传播.基于径向压缩变形与膨胀变形的比值随外压的变化曲线规律,提出了判定海底管道非线性屈曲...     

海底管道侧向屈曲概率化分析方法

介绍海底管道侧向屈曲概率化分析的理论基础和方法,编制基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算程序,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的基础。给出基于概率化方法的侧向屈曲分析实例,该方法已在工程实际项目中成功应用,所得结论对深水高温高压海底管道设计与建设具有指导意义。     

直接电加热过程海底管道热力学特性研究

针对直接电加热引起的海底管道热力学问题,以管道停输工况为例,采用有限元软件ABAQUS建立海底管道稳态传热有限元模型,在此基础上,基于管土相互作用建立海底管道整体有限元模型,开展海底管道整体热应力与热屈曲分析。研究结果表明:在直接电加热过程中,半埋管道的温度略高于悬跨管道;直接电加热会增加管道的整体应力水平,但远小于管道屈服应力;当初始缺陷过大时,管道会在直接电加热过程中产生热屈曲现象。     

深水管道安装期的沉降分析方法

深水海底管道安装时管道沉降直接影响其竖向、轴向和侧向力,管道沉降的分析方法是深水海底管道设计中的重要内容。介绍了深水管道安装时沉降的作用原理,采用引入载荷放大系数和敏感系数的方法来分析管土的相互作用,重点研究了深水海底管道安装时的沉降计算方法,该方法被应用于西非某实际深水项目海底管道系统的设计中。结合国外深水海底管道设计研究安装时管道的沉降,可以为我国南海类似深水项目设计提供指导。