海底管道冲刷抑制模型试验研究及现场工程验证北大核心CSCD

海洋波流冲刷易引起海底管道悬空,从而导致管道疲劳或强度破坏,引发油气泄漏等海上重大污染事故。本文针对我国某高潮差、强急流海域海底管道面临的冲刷问题,提出了不同类型的冲刷抑制方法,并通过模型试验对不同比尺、管径、海床流速、海床冲刷深度进行了研究,分析比较了不同冲刷抑制措施的防护效果,结果表明人工草压块联排结构防护方案在缓流、促淤、在位稳性及经济性等方面表现最优,最后将该方案应用于某实际海底管道冲刷抑制防护工程中,验证了该方案的冲刷抑制效果。本文研究成果为海底管道冲刷抑制及悬空治理提供了重要技术支撑和参考。     

仿生水草在海底管道悬空防护中的应用

海洋构筑物的海底防冲刷是海洋工程亟需解决的问题。文章阐述了仿生水草海底防冲刷技术,该技术基于海洋仿生学原理,通过仿生水草对海流的黏滞阻尼作用,降低海流流速,促进泥沙淤积,从而解决了海底管道等构筑物的悬空、淘空等问题。该技术应用于埕岛油田海底管道悬空治理具有明显的促淤埋管效果,为河流及海底管道的悬空防护提供了新途径。     

仿生草在南堡油田海底管道防护中的应用及效果

南堡油田地处渤海湾滩海地区,非法取沙、冲刷导致海底管道局部悬空、裸露问题严重,利用二次削挖修正路由及抛填碎石的方法进行了有效治理。2012年再次调查测量中发现新的悬空和裸露,为了从根源上解决问题,开展仿生草防护试验,以验证南堡油田海域仿生草抵御海床冲刷、促进海床淤积的效果,为后续规模应用提供经验和依据。试验和连续3年的跟踪检测表明:南堡油田海域环境满足铺设仿生草的条件;仿生草采用锚固固定及在治理段两端铺设高强织布进行防护设计的方式稳固可靠;南堡油田海域仿生草防护效果理想,年回淤厚度20～30 cm。     

基于FLUENT的海底结构冲刷启动评估法在印尼海底管道工程中的应用

针对由于海底管道支撑结构底部被冲刷掏空而导致的海底管道失效等问题,研究了海底结构物冲刷原理,以冲刷理论分析为基础获得了海床冲刷启动流速。采用FLUENT有限元软件建立海管支撑结构及周围海域的二维紊流模型,真实地模拟了海床上增加支撑结构后的海流变化趋势,获得了增加海底结构物后的海床表面流速,通过与海床冲刷启动流速比对来评估冲刷情况。该评估法在印尼爪哇海域海底管道工程成功应用,是一种实用可靠的冲刷启动评估方法,对国内外海域海底结构的冲刷启动评估工作有借鉴意义。     

海底管道悬空段网兜沙袋清理标准化施工技术

沙袋回填是海底管道悬空治理的常用方案,但对于杭州湾等恶劣的海域,海底管道悬空段沙袋回填治理后会再次出现海流冲刷悬空,因此需对悬空处已回填的网兜沙袋、吨袋等进行清理,然后通过后挖沟作业将管道沉至海流冲刷影响区以下。通过册子岛—镇海海底管道悬空段整治项目,详细阐述了利用伸缩臂挖掘机安全高效清理管道悬空段网兜沙袋与吨袋的标准化施工技术,可为以后类似抢维修工程顺利实施提供有力技术保障。     

海底管道冲刷预测分析

在海洋油气中,海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失,还造成了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本文根据Airy线性波理论,分析了影响海底管道冲刷的时间、管道外径、海床处水流流速、波高、周期等因素,估算了裸置于海床的管道潮流作用下的平衡冲刷量,其研究内容和结论对未来海底管道冲刷预测分析具有一定指导意义。     

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。     

海底管道悬空锤击内检测方法及振动信号分析

敷设在海床的油气管道可能会在洋流冲刷、地质运移等多种因素的影响下出现管道局部悬空现象，海底管道悬空会严重威胁油气输送安全。为有效检测管道悬空状态，提出了一种基于锤击检测法的海底管道悬空内检测器设计方案；结合MSC/Adams动力学仿真软件，采集经内检测器主动锤击激励管道内壁后不同敷设状况管段的振动响应信号，对采集的振动响应信号分别进行基于短时傅里叶变换(STFT)、频率切片小波变换(FSWT)和改进希尔伯特黄变换(HHT)时频分析，结合3种时频分析结果建立了管道悬空内检测效果评价指标。研究结果表明：经力锤激励后，管道振动响应信号整体幅值主要集中在50～120 Hz范围内，峰值频率主要集中在80 Hz左右；不同悬空状态下的管段振动响应信号幅值存在明显差别，越接近悬空管段中心位置，振动响应信号峰值频率对应的幅值越大；基于锤击法的管道悬空内检测器在仿真模拟环境中可有效辨别管道悬空状态。研究结果可为锤击内检测法应用于海底管道悬空状态内检测提供指导。     

基于主动加热测温的分布式光纤传感技术在海底管道冲刷悬空监测中的应用

为实现海底管道冲刷悬空监测问题,提出一种基于主动加热测温法的海底管道冲刷监测技术,该技术包括3部分:热缆、数据采集单元、数据处理单元。用工业光缆作为主动加热传感带,既可通过加热提供线热源又可感测温度,用DTS 8000拉曼测温仪采集数据,然后使用计算机进行数据处理。海底管道冲刷悬空后周围介质由沉积物变为水,鉴于2种介质的温度传播机理不同,利用拉曼散射技术测量加热和冷却过程中管道周围温度的变化可识别管道悬空及悬空段长度。数值模拟及试验结果均证明该系统的可行性和精确性,利用工业光缆作为加热传感带更加接近实际应用。     

基于仿生技术防治平湖油气田外输海底管线冲刷的探讨

以曾两次因冲刷悬空而发生事故的平湖油气田岱山近岸段KP2．6为例,通过比较挖沟、传统抛石、砂袋支撑、水泥压块以及仿生草技术等悬空处理与冲刷控制措施,提出了“砂袋悬空回填与仿生草永久性冲刷防治”方案,系统地探讨将仿生草技术用于东海海底管线的防护,对东海乃至全国海底管线悬空处理与冲刷防治都有借鉴价值。     

深水海底管道抛石防护结构石块粒径设计

针对抛石石块粒径对海底管道防护效果的重要作用及影响因素,分别从抛石防护结构在环境载荷作用下的稳定性、抛石冲击管道的安全性以及防止海床沉积物渗出三方面,结合国内外抛石技术用于海底管道防护的研究和应用成果,梳理了石块粒径的设计方法和计算公式.并对南海某海底管道抛石防护结构进行了设计计算,结合深水环境载荷特点,计算推荐石块的...     

对穿越黄河管道悬空段治理措施的分析

由于河流的冲刷作用,某穿越黄河输油管道悬空段长度达到49 m,受力状态十分危险。针对其特定的地理位置及环境条件,提出了设置拉索的治理方案。文章通过对悬空管道治理前后应力及涡激振动的计算分析,得出该治理方案可有效减小悬空管道应力,但还不能防止悬空管道因涡激振动产生疲劳破坏的结论。     

阻流器对海底管道自埋效果的数值模拟分析

在杭州湾海底管道的埋设中应用自埋技术,取得了防止产生管跨和增加管道的稳定性的理想效果。鉴于此,介绍了海底管道埋设的自埋原理;用数值模拟的方法分析了有无阻流器2种情况下海水对管道冲刷产生的不同影响。通过对比发现,有阻流器的管道表面的压力系数在阻流器的两侧产生剧烈变化,沿水流方向由正值变为负值;升力系数变为负值;管道与海床间隙中水流的速度增大,从而使海床受到海水的剪应力也相应增大,海床易于受冲蚀,有利于实现海底管道自埋。     

仿生水草治理海底管道悬空情况探查及改进措施

胜利埕岛油田于2006年引入了海底仿生水草防冲刷系统进行海底管道悬空治理,试点工程实施后1年,泥沙淤积厚度已达到了20～ 50 cm,但最近发现许多管道再次悬空.文章针对这种情况进行了11处管道立管的悬空探查,其中2006年、2007年治理的有7处,铺设的仿生水草缺失率平均超过50％;2008年治理的有1处,治理效果较好,悬空长度6m,高度0.4 m,治理范围内均发现仿生水草,缺失少；2010年治理的有3处,治理范围内未发现悬空,仿生水草状态良好,管道处于淤积填埋状态.文章分析了管道再次悬空的原因,并据此对悬空治理方案提出了改进措施.     

跨航道海底管道覆盖层清理及防护工艺技术

为确保某穿越港口航道海底管道深埋项目施工质量并避免海底管道改线、下沉施工导致的长时间停产,对技术方案进行对比论证研究,提出采用新型柔性防护垫工艺对海底管道进行不停产防护的创新方案。论证该方案的可行性,并对新型柔性防护垫的防护效果、海底管道原覆盖层清理工艺、柔性防护垫和高精度抛石保护等关键施工工艺进行合理化方案设计。实践结果表明,采用创新方案实现了在不影响海底管道安全生产且满足航道通航与航道疏浚要求的同时,不降低管线覆盖层的安全保护功能与可靠性的目的。研究成果和施工经验可为今后开展类似海底管道深埋处置工程提供借鉴和参考。     

埕岛海域海底管道隐患分析及治理

海底输油管道的安全与否直接影响着海洋石油工业的发展和海洋环境的保护。胜利油田埕岛海域所处的位置和环境决定该海域存在海底冲刷,海上工程勘察情况表明海底管道因冲刷悬空非常普遍,给管道的安全运行带来严重隐患。文章结合该海域油气管道的现状,对安全隐患进行分析,并提出治理措施。     

影响海底管道寿命的主要因素及防范建议

根据多年来海底管道常见的问题,重点从腐蚀和有机物损坏、波浪或潮流形成的冲刷悬空、波浪的水动力冲刷、由于沉积物液化而产生浮力、飓风等方面分析了环境因素对海底管道寿命的影响,提出了相应的防范建议。另外,简要地分析了人为因素的影响,并提出海底管道设计、施工的注意事项。     

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。     

南堡油田1号构造区海底管道裸露悬空段治理措施经济性评价

结合冀东南堡油田1号构造区海底管道裸露悬空段隐患治理工程,选择回填碎石防护、砂袋防护、仿生草防护、软体排防护以及后挖沟治理技术进行管道稳定性试验研究,根据本工程区域实际情况,建议在波高、流速较小的挖沙区域选择碎石和砂袋防护方案;在波高、流速中等的区域可采用仿生草防护方案,如果波高较大,可考虑采用砂袋充填;在水深较浅、波高、流速均较大的区域可选择软体排的防护方案,如果整段海底管道出现大范围、长距离的裸露或悬空,为保证整体管道的快速综合治理,可考虑后挖沟治理方法。结合经济性评价与比选,结果表明:对于裸露悬空管道的治理首选软体排防护,其次为仿生草防护,后挖沟治理只适用于非立管附近的直管段首次治理,砂袋防护和回填碎石防护只适用于抢险性的临时修复。     

多波束测深技术在海底管道悬空裸露检测中的应用研究

介绍了一种海底管道悬空裸露检测的新方法,即多波束测深技术,该技术可精确获得海底管道悬空裸露的长度和高度,直接反映海底管道的三维空间状态,从而确定海管水下运行状态和水下治理的准确工程量,为下一步安全运行管理和隐患治理提供科学依据。同时,还能精确测出海管后挖沟的深度及海管在沟底中的空间位置,为后挖沟施工效果评价与施工方案调整提供依据。文章具体介绍了多波束测深系统的组成、工作原理以及海管悬空裸露和后挖沟效果的检测方法。多波束测深技术为海底管道的检测工作提供了一条更快捷、直观、精确的新方法。