喷射式海底挖沟机的参数优化和数值模拟研究

针对喷射式海底挖沟机效率低的问题,建立了适用于浅海区域喷射式海底挖沟机的物理模型,基于喷射式海底挖沟机特性方程,使用Fluent数值模拟软件对模型进行了数值模拟。分析了喷嘴收缩角度、排泥管扩散角度、挖沟机运行深度及射流入口速度等因素对喷射式海底挖沟机效率的影响,明确了这些因素与挖沟机运行参数(吸泥速度、负压)之间的关系。研究结果表明:喷射式海底挖沟机最大运行效率时的喷嘴收缩角度为45°,排泥管扩散角度是7°;喷射式海底挖沟机最大安全运行深度为100 m且此工况下的最小入口射流速度为8 m/s。     

低压缩扩形喷嘴空化射流数值模拟及试验研究

针对水力喷射式海底挖沟所用锥形喷嘴冲蚀挖沟效率低等问题,基于理论分析,设计了缩扩形空化射流喷嘴。数值模拟结果发现,该喷嘴在低压1.5 MPa喷嘴压降下可以使淹没射流空化,空化发生的区域主要在扩张段。冲蚀试验揭示了喷嘴扩张段的长度对射流冲蚀效果的影响。1.5 MPa下冲蚀砂样试验结果表明:当喷嘴喉部长度为3倍喷嘴直径、扩张角为30°、扩张段长度为4倍喷嘴直径时,射流冲蚀效果最佳,试验条件下比其他3种缩扩形喷嘴的冲蚀深度及宽度分别提高125%和75%,对比锥形喷嘴分别提高73%和280%。研究结果为空化射流应用于海底挖沟提高效率提供了理论依据。     

海底输油管道后深挖沟11.9 m 的实践分析

在孟加拉湾海域,4条近似平行的海底输油管道需要穿越两条平行航道,宽度约1.2 km。通过采用铺设管道并进行后挖沟的方法,实施平均20遍的挖沟,将4条海底输油管道埋设至航道疏浚要求的标高之下,最大挖沟深度达到11.9 m。对制定方案过程中的要点难点以及实施各阶段存在的挑战,通过多种技术评估,使用具有排泥功能的窄高型挖沟机,作业期间综合利用SBP（浅地层剖面系统调查）和3D声纳（三维声纳实时成像系统）调查,挖沟后对海底输油管道进行完整性和安全性的总体评估,成功完成了海底输油管道铺设后的超常规深度的后挖沟,最终的调查和评估结果显示后挖沟作业达到了设计要求并保障了管道的完整性。实践证明通过综合的技术措施使用水力喷射式后挖沟机可以成功实施海底管道后深挖沟。     

点式挖沟机结构强度校核计算

点式挖沟机用于敷设海底管道的吹泥挖沟作业,本文对点式挖沟机的支座、主梁、吊耳及零部件进行了结构强度校核,为点式挖沟机的正确设计提供了依据,该计算可为其他类型挖沟机的结构强度校核提供借鉴。     

水喷嘴壁厚对水气两相射流的影响分析

为了更好地提高水射流能力,以流体力学中气液两相流为基础,在同样工况下,利用数值模拟方法模拟了两种不同壁厚的高压水喷嘴在气体保护作用下,在空气中的喷射状态。通过模拟的流线图以及现场的喷射结果对比,得出喷射效果较好的水喷嘴壁厚结构,并解释了其壁厚结构优化的原因。     

挖沟机喷嘴射流流场的数值模拟

喷嘴是海底挖沟机中的重要元件,该文采用FLUENT软件对其进行数值模拟,对喷嘴的射流特点进行研究,分析了喷嘴进口压力、流量对射流冲击力衰减变化的影响。结果表明,射流在淹没情况下,对进口压力进行有效控制,可以形成理想的冲刷域,并产生良好的冲刷效果,能够达到工程应用的需要,可以有效提高挖沟机的工作效率。     

非接触挖沟技术在海床处理中的应用

导管架安装是海上油田开发中非常重要和关键的一步,导管架安装时经常遇到海床面不平整的难题,如何对海床进行有效平整处理成为制约导管架是否成功安装的关键因素。以南海某导管架安装场址处理项目为例,阐述了非接触挖沟技术在海床处理中的应用。重点介绍了非接触挖沟机的工作原理以及对挖沟机喷嘴进行改造的内容,还介绍了三维多波束声呐在海床处理中的应用。实践表明,采用此非接触挖沟技术能有效地处理海床的不平整度问题,可为国内海床处理项目施工提供参考。     

浮吊船搭载骑跨式挖沟机进行海底管道挖沟作业的优化方案

当南海近岸极浅水海域登陆管道存在挖沟需求时,配备折臂吊及DP系统的深水工程船因吃水过深无法驶入作业;而浮吊船搭载骑跨式挖沟机的作业方案虽然成熟地应用于渤海浅水地区,但对于南海复杂海况适应性差,存在长期待机甚至无法作业的风险。根据南海某实际工程项目施工条件,对浮吊船搭载骑跨式挖沟机的作业方案进行了优化。通过改变浮吊船甲板布置、布锚及移船方式,解决了抛锚浮吊船因横对涌浪无法作业的问题;同时使船舶艏向一定程度可调,改善了此类挖沟方式对于海况的适应能力;此外,也增加了单个锚位的移船距离并减少挖沟机下放回收的作业时间,提高了挖沟作业效率。     

锥直型喷嘴内近壁处流动特性的大涡模拟

射流喷嘴被广泛应用于管道清洗、辅助破岩、射流成孔等石油工业中领域。锥直型喷嘴作为应用最为广范的喷嘴类型而被研究。其整体流动状态与阻力对近壁处流动状态敏感。喷嘴近壁处流动状态对喷嘴整体流动状态和流动阻力影响较大。本文采用大涡模拟模型对喷嘴内流场进行数值模拟。对喷嘴内速度场分布、速度梯度、壁面压力、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数进行分析,得出了以下结论：收缩段处速度分布由抛物线型转变为“M”型,并在近壁处出现峰值;在收缩段入口处附近发生边界层转捩,出现漩涡;在收缩段出口、直管段入口处附近出现边界层转捩与分离,在该处速度梯度、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数均出现峰值;直管段近壁处周期性出现有序涡结构,并在壁面处表现为剪切力、速度梯度、摩擦阻力系数的周期性波动,与近壁处流动状态涡结构的周期性出现相互佐证;整个喷嘴流动阻力大部分产生在喷嘴直管段内,涡流的出现降低壁面摩擦阻力系数,在喷嘴减阻时可考虑优化喷嘴收缩段到直管段过渡的轮廓,亦可考虑在直管段内进行被动减阻设计。通过对喷嘴内近壁处流动特性阐述,分析了喷嘴内流动摩擦阻力的产生位置及原因,能够为进一步为优化喷嘴结构、降低喷嘴流动阻力提供理论支撑。     

方箱可调喷射式浮选机的研制与应用

目前对油田采出水的前期处理,主要是采用溶气气浮法和诱导气浮法。在分析现有溶气气浮设备和诱导气浮设备存在的问题基础上,研制了一种方箱可调喷射式浮选机。这种浮选机是由方箱罐体、四级喷射器、二台喷射循环泵(一用一备)、二套刮油装置、一套药搅拌装置等组成,该设备的新颖之处是喷射器中的喷嘴与挡板间距可调及喷嘴的流线型设计、箱式喷射腔设计。方箱可调式喷射式浮选机样机在渤海长青号上长期运行表明:具有适用污水能力强、除油效率高、结构紧凑、运行稳定、能耗低、操作维护简单等特点,适用于油水密度差较小含油污水的处理。     

滩浅海输油管道悬空隐患不停输治理

文章结合工程实际,在运用ABAQUS软件对海底管道进行应力和涡流激振悬跨分析的基础上,提出了海底管道悬空隐患不停输治理方案(悬跨段管道路由修正设计→悬空段碎石回填→水力喷射挖沟→管道检测→应力复核),并在工程中实施,治理施工完成后的管道应力复核计算结果表明,外管应力最大为100.4 MPa,内管最大弯曲应力为72.3 MPa,混输管道外管修正后的应力满足了规范要求。     

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。     

海底管道穿越航道段不停输下卧技术

针对某项目海底管道与航道交叉段的埋深要求,分析对比常用的输送介质停输状态旁侧新建管道下卧及输送介质不停输管道原地下卧两种方法。结合附近海域已建管缆现状、航道区域水深、海床底质、管道参数等条件,对下卧及在位期应力及下卧期抗上浮稳定性进行分析评估,推荐采用海底管道不停输后挖沟下卧方案。结合后挖沟设备的下卧能力,综合考虑采用分步实施、分层开挖的方式对在役管道进行下卧,并对下卧施工关键参数进行分析,给出具体实施措施,为后续项目提供借鉴。     

水力喷射环空加砂压裂喷嘴结构分析与优化

在水力喷射环空加砂压裂射孔过程中,针对喷嘴射流质量低的问题,运用ANSYS-Fluent数值模拟仿真分析方法,对喷嘴重要结构参数进行分析对比,使喷嘴获得最优射流质量。研究结果表明,圆弧形喷嘴的射流质量优于常用的锥直形喷嘴; 当喷嘴出口直径4.5 ～4.8 mm、直柱段长度7～12 mm、入口曲率半径9 mm时,喷嘴可获得最优射流质量。通过对喷嘴结构的优化,可有效提高喷嘴射流质量,为水力喷射环空加砂压裂工艺提供有效的技术支持。     

登陆海底管道近岸段预挖沟

海底管道大都是由深水到浅水,经过潮差段登上陆地的。为确保海底管道在登陆段的稳定和生产期间的安全,一般都是采用预挖沟埋设的方法。本文根据近年来管道施工的经验,对管道登陆段的预挖沟方法、测量定位以及挖沟质量控制等做了详细地介绍。     

轴对称结构的形状优化设计

分析了对称载荷或非对称载荷作用下轴对称结构的形状优化设计，其目的是例结构边界的切向应力分面均匀，从而使应力集中达最小。结构边界采用两种方法描述，一种由直线段或圆弧组成，设计变量从定义这些直线段或圆弧段的点坐标值和半径值中选择；另一各是由样条函数描述待优化的边界，结构分析由有限元素法完成，采用六节点三角形单元或八节点四边形单元。应用可变子结构或固定子结构的概念，并配备相应的自动网格生成器，提出了关于     

注入剖面示踪测井示踪剂释放规律研究

文章在理论推导和实验的基础上，分析了示踪剂喷射速度、喷嘴结构及喷射后的形态对测井质量的影响。推导了最佳喷射速度公式并通过实验分别针对注水井及注聚井的示踪剂配比及熟化时间提出了合理的方案，对示踪相关测井的优化提高具有重要的现实意义。     

跨航道海底管道保护优化设计

在海床上挖沟深埋并进行砂石覆盖是工程界通常应用的海底管道保护设计方法。但以往的挖沟边坡比设计通常缺少准确的数据分析,结果往往过于保守,造成海上施工成本大幅增加。本文结合跨航道海底管道保护设计实例,基于Plaxis和Slide两个软件的分析和对比,对跨航道海底管道保护方案进行优化设计。最后进行经济评价分析表明,优化设计大幅降低了工程成本。     

利用自埋技术铺设海底管道

在海底管道施工过程中,一般采用预挖沟或后挖沟方法埋设海底管道,但是这两种方法都需要价格昂贵的施工设备。文章介绍了一种新技术,不用挖沟就可以进行海底管道的埋设。在管道的上方安装类似鱼“鳍”的阻流板,当海底管道的路由垂直于海水的流动方向时,利用水流的作用在管道的底部冲刷出一定深度的管沟,从而将管道埋在1～1.5倍管径的深度。文章还介绍了阻流板的结构形式、安装措施和注意事项。     

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。