深水钢悬链线立管安装回接技术国内外现状

介绍国外近年若干典型钢悬链线立管安装项目,着重介绍这些项目中应用到的新技术、新工艺。根据国内当前钢悬链线立管安装回接技术研究,论述国内钢悬链线立管安装回接方法、方案、设备、计算分析等方面的研究现状。基于国内钢悬链线立管安装回接技术研究现状和工程应用需求,提出几点可开展的工作。     

深水钢悬链线立管三维动力分析

基于钢悬链线立管系统动力学方程,建立了深水钢悬链线立管三维有限元分析模型,对深水钢悬链线立管系统在波浪、海流和浮体运动等载荷单独作用和共同作用下的响应特征进行了分析。在多项载荷作用下,钢悬链线立管表现出明显的平面外响应,并且响应具有非线性特征,立管上部悬挂点和底部着地点附近M ises应力较高,是立管的危险段。     

深水半潜式平台内悬挂钢悬链线立管提升过程模拟

对悬挂于半潜式生产平台内侧的钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的安装过程进行研究，给出对应的SCR张力转移、提升和横向牵引就位方案。采用数值方法对上述过程进行模拟分析，分空管和注水两种工况给出SCR顶部张力、平台缆绳与旁通最小净距和立管顶部倾角结果，以进一步验证所提出安装方案的可行性，同时给出对应的立管提升系统的最大张力需求基准。基于研究成果完成的立管提升方案应用于超深水油气田项目“深海一号”,进一步验证所提出方案的可行性。     

深水钢悬链线立管波致疲劳预报时频方法对比

波致疲劳损伤是深水钢悬链线立管(SCR)疲劳损伤的重要组成部分。分别采用时域和频域的方法对中国南海海域风暴海况引起的SCR波致疲劳损伤进行了预报,分析了时域方法和频域方法得到的平台运动响应和立管动力响应的差异,对疲劳损伤风险位置及损伤极值等预报结果进行了对比。结果表明:时域方法与频域方法计算耗时差距巨大,采用频域方法得到的损伤风险位置滞后,且与时域方法相比,对立管的波致疲劳损伤进行了放大,在数量级上保持一致。通过上述结果分析,评估两种方法在深水钢悬链线立管波致疲劳预报中的适用性。     

我国超深水半潜平台钢悬链立管系统创新设计与应用

以超深水半潜式生产储卸油平台为载体,提出了内侧反向悬挂的钢悬链立管构型,研发了钢悬链立管系统水下超大跨距安装技术和平台舷外侧预倾回调安装技术,开发了钢悬链立管全自动焊接工艺并形成全尺寸共振疲劳试验体系,解决了我国超深水立管长期服役疲劳寿命难题、立管安装难题和焊接工艺抗疲劳性能可靠性评价难题。相关成果在“南海一号”成功应用,完成了6根钢悬链立管的设计、安装,对今后我国深水立管设计与应用具有借鉴价值。     

深水钢悬链线式输油立管波致疲劳损伤频域分析

波致疲劳损伤是深水钢悬链线式输油立管(SCR)设计主要考虑的因素之一.采用频域谱分析方法进行立管波致疲劳损伤分析.对某海域发生概率最大的东北方向波浪引起的SCR疲劳损伤进行了分析,并对立管壁厚、内部流体和海底刚度等参数进行了疲劳敏感性分析,结果表明:在立管柔性接头处和触地点处的疲劳损伤较大;在触地点以上区域立管壁厚越小...     

基于工作应力准则的深水钢悬链立管最小壁厚计算分析

基于工作应力准则,以具体的油外输深水钢悬链立管（SCR）参数为研究对象,进行了深水SCR立管最小壁厚的计算,探讨了水深和顶部悬挂角对深水立管最小壁厚的影响,对于深水钢悬链立管实际工程设计具有重要的参考作用。     

深水钢悬链线立管全尺寸共振弯曲疲劳试验设计参数的确定

钢悬链线立管作为深海海洋石油连接浮式生产装置与海底生产系统的关键装备,由于海流运动、涡激振动及波浪涌动,长期承受垂直张力及交变应力的作用,可能导致疲劳失效。为了避免此类情况的出现,需对钢悬链线立管进行焊缝疲劳试验,预估其疲劳寿命。通过对钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验分析,其设计参数主要包括试样长度和固有频率、焊缝位置,焊缝数量、应变控制等。建立数值解析求解方法和模态分析法组合法,确定试样长度和试样一阶固有频率,为深水钢悬链线立管共振弯曲疲劳试验提供理论基础。焊缝数量和焊缝位置需考虑焊接热影响区和焊缝应力集中区域大小的影响,建议在立管试样上设置2个对焊接头进行评价,控制应变应以焊缝位置的应变为控制基准。通过分析钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验设计参数,为促进钢悬链线立管的国产化提供技术支撑。     

钢悬链线立管泄漏对“深海一号”能源站的风险评估

针对水下接入的2根外径为323.9 mm生产立管,定量评估布置在“深海一号”能源站东侧浮箱与西侧浮箱两种不同方案对生活楼的安全风险。结果表明,钢悬链线立管悬挂在能源站西侧浮箱对生活楼造成的火灾风险显著小于布置于东侧浮箱方案,但2种布置方案均满足可接受的风险标准。“深海一号”能源站采用高等级安全策略,将外径为323.9 mm钢悬链线立管悬挂在能源站西侧浮箱,在生活楼设置H60防爆墙,并综合采用泄漏报警系统、生产压力异常报警关断系统、流动安全管理系统和安全消防系统等,保障国内首个深水自营大气田的安全。相关实践结果可为南海其他深水开发项目油气立管系统布置设计和风险评估提供参考。     

钢悬链线立管S形铺设极限水深

针对南海某气田铺管船正常铺设钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的作业,基于OrcaFlex数值模拟对立管进行总体动态分析,确定立管可安全作业的阈值环境条件。研究波浪方向、海流速度、立管外径、壁厚等对立管正常铺设作业窗口的影响,进一步分析不同外径、壁厚立管在不同水深下的适用性,确定立管极限安装水深。研究表明,立管作业窗口对浪向较敏感,在随浪条件下进行铺管作业更安全。随着立管外径、壁厚、表面流速增大,波高-周期作业窗口减小,极限铺设水深减小。     

深水悬链线型立管形态和属性研究

本文利用悬链线理论推导出了确定深水悬链线型立管(Catenary Riser)所需的基本参数,分析了不同弯曲刚度对悬链线型立管属性的影响,并在考虑管线弯曲刚度的前提下对深水悬链线型立管触地点处管线曲率进行了修正,使其更接近实际曲率。此外本文将上述理论推广到深水懒波型立管(Lazy-Wave Riser)和陡波型立管(Steep-Wave Riser),简化了立管形态确定方法,实现了工程设计初期快速确定立管形态的需求,减少了工程设计工作量。     

深水中悬链线锚泊系统设计研究进展

系统地整理了深水中悬链线锚泊线材料、展开操作等工程设计技术进展，总结了锚泊线的静动力分析、锚泊系统与系泊浮体之间的动力响应等理论问题的最新研究成果。提出需要进一步研究的问题。     

海洋平台钢悬链线立管安装监测技术研究

为在深海复杂工况下把平台立管安装到位,需对安装过程进行监测。综合考虑船舶位移、升沉补偿、立管吊装变形,以声纳和远程操作潜水器（ROV）监测系统为技术支撑,监测管线着陆区位置、悬链线形态、以及海底地形等参数,指导立管的安装过程。形成一套完善的钢悬链线立管安装监测技术,促进我国深海石油的发展。     

南海深水钢悬链立管S型铺设关键技术研究

钢悬链立管是深水油气田开发中浮式平台广泛采用的一种立管形式,由于其工艺特殊性,因而在国内还没有应用过.相较于J型铺设SCR的方式,S型铺设难度更大.为充分发挥我国现有深水S型铺管船"海洋石油201"的作业能力,对采用S型铺设SCR的关键技术进行了研究.以中国南海陵水17-2项目的一条SCR(6 in)为例,针对SCR焊...     

一种通过增加弯曲段惯性体改善钢悬链线立管运动性能的方法

本文介绍一种通过在靠近海底触地点的弯曲段增加惯性力来改善深水钢悬链线立管运动性能的方法,达到显著降低弯曲段的极限应力和疲劳损伤的目的。在弯曲段增加的惯性体,来自立管顶端浮体的动能经过惯性体的吸收和耗散以后,进一步传递到敏感的立管触地点的能量大为降低,从而改善钢悬链线立管,尤其在弯曲段的运动特性,最终降低触地点附近立管的应力、减少疲劳。本文采用有限元单元CABLE3D对惯性体的设计进行数值模拟。惯性体的引入可以有效地增加浮体运动和立管弯曲段运动的解耦,以低成本的方式使本不适用的简单钢悬链线立管通过在弯曲段增加惯性体来改善其运动性能,从而达到适用标准。     

顶部张紧立管回接连接器及安装技术

顶部张紧立管(TTR)广泛应用于TLP平台和SPAR平台,回接连接器是其重要组成部分。介绍了顶部张紧立管的类型和特点及回接连接器的分类、结构特点、工作原理、安装技术。液压驱动的细长型回接连接器的优点是体积小、承受弯矩和剪力大,适用于水深>1 500m的各种浮式平台,是今后的发展方向。     

深水立管安装技术进展

深水油气开发的蓬勃发展促使深水立管安装技术成为世界石油工业科技创新的前沿.通过对深水立管系统、深水立管安装方法及深水立管安装关键设备的研究,分析总结了处于世界先进水平的深水立管铺设安装技术及装备.对形成适合我国深水油气开发的深水立管安装技术,满足我国南海深水油气田开发的需要具有一定的指导意义.     

“海洋石油201”用于陵水17-2气田深水钢悬链立管铺设的可行性分析北大核心CSCD

为充分发展我国自有深水铺管装备能力,对"海洋石油201"(HYSY201)铺管船用于陵水17-2气田深水钢悬链立管(SCR)S-Lay铺设的可行性进行了研究。以外径323.9 mm的SCR为例,采用有限元软件OrcaFlex就SCR起始、正常和终止铺设等3个阶段进行了静态分析,并基于静态分析结果选择对应的关键步骤进行了动态分析,评估了SCR最大顶部张力、上弯段和悬垂段的最大应变、托管架滚轮最大支反力等,进而判断HYSY201可否用于陵水17-2气田SCR的铺设。结果表明,HYSY201可用于陵水17-2气田外径不大于323.9 mm的SCR的铺设作业,但是无法用于外径为457 mm的SCR铺设作业,需要使用其他更高能力的S-lay铺管船或J-lay铺管船完成铺设。本文研究结果为陵水17-2气田深水SCR铺管船的选择及铺设方法的确定提供了重要的参考依据,具有实际工程指导意义。     

基于共旋坐标法的钢悬链线立管管土作用数值分析

为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,并对比了线性、双线性及非线性管土模型在计算管土响应上的差异,分析了立管顶部水平牵引载荷、海流作用及土体抗剪强度对立管触地段垂向管土作用的影响,进一步研究了浮体小范围漂移工况下的侧向牵引力、土体特性参数对立管触地段侧向、垂向组合的管土作用影响。结果表明：在共旋坐标框架下,非线性管土模型对立管贯入海床的响应模拟更准确;顶部水平牵引力及海流流速增大,均会导致立管贯入海床深度及垂向土阻力减小;土体抗剪强度增大导致立管贯入深度减小但垂向及侧向土阻力增大;顶部浮体侧向牵引力增大致使立管触地段的侧向位移及土阻力增大,但垂向土阻力减小;侧向摩擦系数的增大可显著提高立管触地段的侧向稳定性。本文所述共旋坐标法利用刚体与变形解耦的特性高效求解了立管全局运动及触地段的管土作用,为立管与海床作用研究提供了参考。