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。     

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。     

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。     

首套国产海底管道腐蚀检测装备海试成功

<正>中国航天科工集团三院35所自主研制开发的首套海底管道腐蚀检测装备,日前通过了中海油蓬莱油田海底管道的实地海试,标志着国内海底管道检测技术打破国外垄断。此次海试试验管道平均壁厚远超研制指标,且属高温高压管道。同时,管道阀门、弯头较多,对检测设备通过能力和可靠性提出极大考验。35所海管腐蚀检测装备不负众望,检测装备在预定时间内"上岸",捕获并存储管道检测信息。国内海管检测长期被国外垄断,每公里接近6万     

内压与海床联合作用下海底管道撞击数值研究

为了研究海床和管道内压对坠物撞击管道的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了坠物撞击海底管道的有限元模型,分析了撞击过程中海底管道的动态响应。采用摩尔库伦模型模拟海床的非线性特性,并引入罚函数处理坠物、管道和海床三者的接触关系。分析结果表明:海床和管道内压对坠物撞击管道起到了保护作用。黏土海床对管道撞击的保护作用比砂土海床大,砂土海床对管道撞击的保护作用比刚性海床大;随着内压的增大,管道变形最大凹陷值减小;同时考虑内压和海床作用时管道受坠物撞击后的最大凹陷值比2个因素均不考虑时小,相差最大处达到了9.6%。所得结果对海底管道抗坠物撞击设计和管道的安全服役具有指导意义。     

基于有限元方法进行超高压海底管道弯矩研究

本研究针对某气田拟新建的超高压大壁厚海底管道,采用三维有限元方法,进行内压及组合载荷下的弯矩 校核计算。结果显示,有限元模拟得出海管的抵抗弯矩能力大于 DNVGL-ST-F1012017版规范理论公式计算得 出的结果。DNVGL规范对组合载荷下的弯矩校核计算公式限定了15≤D/t≤45的适用范围,通过有限元进行敏 感性分析,DNVGL公式计算所得抵抗弯矩较为保守,海底管道径厚比D/t<15的情况可以采用该规范公式进行 计算,并采用有限元方法进行校核。建议DNVGL规范通过进一步研究,对组合载荷下的弯矩校核计算去掉径厚 比D/t≥15的限制。     

海底油气管道维修夹具密封结构研究

海底油气管道夹具设备是海底油气管道夹具维修技术的关键部件,而密封技术为夹具设备的关键技术。为此,设计了全结构法兰盘压缩密封型海底油气管道夹具,利用ABAQUS有限元软件建立了夹具周向密封和轴向密封模型,分析了不同摩擦因数下满足密封所需施加的预紧力。分析结果表明,在满足10 MPa密封压力的要求下,夹具周向密封采用不同硬度的橡胶密封材料,这样可降低密封圈压缩损坏的概率,延长橡胶密封圈寿命;夹具的轴向双密封采用同种硬度较高的密封材料,在满足10 MPa密封压力的要求下,所需施加的螺栓预紧力较小,这在一定程度上减小预紧螺栓的直径和夹具耳板厚度,进而减轻整个夹具设备的质量。所得结论能够对夹具的整体结构设计进行优化,同时可对现场应用提供指导。     

海底管道腐蚀剩余强度评价方法

海底油气管道在内外环境下会不可避免地造成腐蚀,严重威胁海上生产的安全性。从海底管道腐蚀成因入手,展开对管道腐蚀剩余强度评价方法研究。验证了有限单元法判断管道剩余强度的可靠性,并找出影响管道强度的因素。通过建立海底管道内腐蚀有限元模型,分析了在无外部载荷的环境下均匀腐蚀坑长度、宽度和深度对管道强度影响的大小,以及点蚀的孔径与孔深对管道强度影响的大小。讨论了在内外压联合作用下,海洋拖曳力对腐蚀管道受力的影响以及外部集中载荷下腐蚀管道极限应力。所得结果与ASME B31G、DNV RP-F101、PCORRC方法进行比较,得出了有限元仿真海底管道腐蚀剩余强度评价方法是可靠的,腐蚀深度是影响管道强度的主要因素。     

海底油气管道维修夹具密封能力影响参数

针对影响夹具密封能力的相关因素开展分析。影响夹具周向密封能力的因素包括密封圈与管道间距离、摩擦因数、分割环与管道间距离。影响夹具轴向密封能力的因素为摩擦因数。基于夹具密封结构,利用有限元软件Abaqus对影响密封能力的因素开展有限元建模及模拟计算,并对模拟计算结果开展分析。摩擦因数、分隔圈与管道间距离、密封圈与管道间距离的增大不利于增强夹具的周向密封能力,设计时可适当减小相关参数。摩擦因数对夹具的轴向密封能力基本没有影响,设计时可忽略摩擦因数对轴向密封的影响。所开展的工作能够为后续海底油气管道夹具密封结构设计和应用提供有益指导。     

水下闸阀在水下生产系统中的应用研究

水下闸阀的基本功能是接通或切断管路介质的流通,其性能优劣直接关系到水下生产系统的可靠性和安全性。在介绍水下闸阀结构、工作原理和研究现状的基础上,对Cameron公司Ring-O系列水下闸阀、WOM公司的Magnum专利阀和LB-Bentley公司水下闸阀的应用现状做了简述。总结了水下闸阀的技术特点和设计时在材料选择方面应考虑的因素。在水下闸阀的国产化研制过程中,我国应综合国外产品的技术特点、确立从简单到复杂,从重点研究到应用研究,先克服技术问题后工艺问题的研发思路,实现水下闸阀的二次创新到自主创新。     

海底多相泵泵抽系统

海底多相泵泵抽系统由海底泵、动力与控制系统、控制管缆和作业工具组成。用户应用该系统可以降低投资费用和提高原油产量。多相泵可以同气举或井下泵配套使用,从而成为具有高可靠性和高经济效率的集成采油系统。本文详细地描述了海底多相泵泵抽系统的组成,同时还介绍了该系统的现场应用情况。     

海底油气管道修复技术

近年来由于介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发第三方破坏,出现了数起海底管道损伤事故海底管道出现损伤后,具体采取何种修复方案因损伤形式和作业水深而异,但从作业海域水深限制条件,可以分为水下修复技术和水上修复技术。水上修复技术主要是利用工程船舶舷吊将受损管道提升至船舶甲板进行焊接修复或更换修复,此方案在多个抢修项目中多次成功应用。提升法修复海底管道技术来源于海底管道铺设技术,利用相关专业计算软件进行提升和下放分析,根据计算结果将海底管道提升至作业线进行法兰焊接,由潜水员完成水下对接。2008年渤西12″天然气管道破损就是一起典型的船舶抛锚损伤事故,事故造成整条外输管道停产。在权衡水下湿式修复方案和管道提升修复方案后,采用工程船舶舷吊将受损管道提升至船舶甲板进行法兰焊接,潜水员完成水下对接工作。根据2008年1月渤西天然气管道抢修项目实践,详细介绍了提升法修复海底管道的作业程序和分析计算。     

深水水下井口头系统研究

分析了国外VETCO、DRIL-QUIP、FMC 3家公司水下井口头系统的特点及密封原理,并对3家公司的密封结构进行综合比较.现场操作表明,VETCO公司的旋转压入式密封用于深海钻井存在一定问题,插入式密封将是未来发展的主流.对VETCO公司和DRIL-QUIP公司的井口头系统装备进行简单对比,给出对比分析结论.根据分析提出水下井口头系统的设计建议和拉封式新型密封的概念,指出亟待解决的几个关键问题.     

登陆海底管道设计技术

登陆海底管道设计影响因素多、施工复杂,针对这些特点深入介绍了登陆海底管道设计技术,从路由设计和近岸段设计两个方面阐述,并对近岸段设计中的挖沟稳定性、土壤液化、工程回填和海底管道拖拉进行重点描述,可为将来相似的海洋工程项目登陆海底管道设计提供借鉴。     

海底管线腐蚀检测与控制

针对中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司胜利埕岛油田（以下简称胜利埕岛油田）47条海底管线急需进行检测评价、但目前国内外海底管线检测技术研究与应用尚不成熟的现状,通过综合各种腐蚀检测、分析与控制技术的优势,为在役及新建海底管线提出了相应的腐蚀检测、控制与管理方案。包括：平台采出液腐蚀性测试与缓蚀剂评价;管线内检测及水下成像技术检测海底管线的腐蚀、损伤、变形与悬空;海底管线防腐蚀选材设计以及管线基础液化监测等。     

水下采油树应用技术发展现状

研发水下采油树的关键在于能否通过相关标准规范所要求的压力循环测试、高低温循环测试、载荷循环测试及外部高压测试等。在介绍水下采油树相关标准规范的基础上,分析了水下采油树的结构类型及结构演变,简述了水下采油树各控制系统类型的特点,分析了采油树、油管挂、内树帽的安装管柱及安装方法。指出超深水和超高温高压的水下采油树是水下采油树未来的发展方向。卧式采油树可用浮式钻井装置的钻柱或用工程船的大吨位吊机的钢丝进行安装。水下采油树的模块化设计可缩短采油树的供货周期,跨接管式电泵增压系统、跨接管式流量计和高完整性压力保护系统等新工艺技术的出现,将有利于降低水下采油树和水下开发项目的综合成本。所得结论可为水下采油树的设计和应用提供参考。     

水下阀门类型及设计方案分析

水下管道阀门国内外现行标准主要有ISO14723:2009、API 6DSS:2009及SY/T2011—33:2015。在对这些标准及水下阀门结构做简要介绍之后,通过对国际标准英文词条定义及相关章节分析,对单向阀门、双向阀门、DBB阀和DIB阀等关键术语进行了详细解读,对其功能和特性进行了图解及详细说明,并提出了设计方案。同时对DBB阀门和双列式阀门进行了区分,指出应避免将双列式阀门直接称为DBB阀门,在提到这种类型阀门时可附加结构简图或简要注释。最后结合不同类型阀门特点及深水油气田开发工程项目的一般要求,推荐适用阀门类型。分析结果为水下阀门产品开发及选型提供了依据。