国内外深水海底管道技术发展现状概述

对近年来国内外已建或即将建设的重点难点深水海底管道项目进行了统计,以及对典型深水海底管道项目进行了分析,总结了不同工作水深、管径和铺设方式等参数,并对深水海底管道设计阶段的管材选择,特别是高强钢管材的应用,以及施工阶段的安装资源等方面进行了研究。对具备深水铺管能力的铺管船资源进行了整理,特别是对近期新服役的多功能新型铺管船的关键设备和技术参数进行阐述,可为后续相关深水海底管道设计、施工提供参考。     

自升式钻井平台新型高效冲桩系统的研制

针对自升式钻井平台现有冲桩系统存在的问题,提出了一种冲桩系统改造方案,利用液压机构控制冲桩系统,能将所有冲桩喷嘴打开后同时冲桩。研究结果表明,该系统的冲桩能力明显得到提升,减小了拔桩阻力,从而达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全性的目的。     

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。     

海床土体固结效应对平台拔桩吸附力的影响

针对自升式钻井平台插桩完成后,随着平台作业时间的推移,插桩扰动土体固结,造成在拔桩过程中吸附力随固结时间推移而增大的现象,对准确预测平台拔桩阻力带来很大难度,根据吸附力产生机理,设计了一套试验装置。通过试验和ABAQUS研究土体固结过程中拔桩阻力与吸附力两者之间的关系,明确拔桩过程中吸附力的大小以及所占比例。研究结果表明,海床土体固结后,吸附力占到平台总拔桩阻力的以上,是平台拔桩阻力的重要组成部分,因此拔桩吸附力的科学计算对保证平台作业安全至关重要。     

复杂地层条件下自升式钻井平台插桩穿刺分析

在复杂地层(硬土层覆盖软土层,即层状地基)条件下,自升式钻井平台预压载期间可能发生桩腿桩靴穿透上部硬土层,并在下伏软土层中快速沉降形成穿刺,导致平台结构受损,造成重大经济损失.对自升式钻井平台穿刺事故进行了统计分析,同时对穿刺破坏机理进行了研究,并以南海西部A井位为例,提出了可行的穿刺预防措施,对保证平台作业安全具有重要意义.     

一种海上输水管道漏点查找与修复技术

舟山海域某条输水海底管道存在泄漏问题,需要进行漏点排查与修复。阐述了一种海上输水管道漏点查找及修复技术,主要是依据管道停输一段时间后和再加压运行一段时间后两次测量的管道周边海床地形变化和潜水员水下探摸排查确认的方法进行漏点查找;根据泄漏点特征提出采用两道管卡并在两道管卡环空内灌注水下不分散水泥基灌浆料进行密封的修复方法。现场实践表明,采用该技术成功地完成了该输水管道的漏点查找与修复,可为后续类似海底管道漏点排查项目提供参考。     

基于CFD数值模拟的立式中心搅拌器有限元分析

通过CAD软件建立了立式中心搅拌器实体模型，采用计算流体动力学（CFD）方法对搅拌器内流场油水两相流进行了数值模拟，得出其密度分布、迹线图和固液交界面的压力场分布等。对固体结构划分有限单元网格后将固液壁面压力值通过形函数转化为单元节点的集中力，进而运用有限元法对搅拌器进行强度分析，为搅拌器结构尺寸设计提供定量依据。     

海上高密度聚乙烯输水管道关键技术分析

目前高密度聚乙烯(HDPE)输水管道设计和施工尚无统一的规范标准。为此,对HDPE输水管道的配重块、热熔焊接、内熔珠环切除和海上施工等关键技术进行分析,同时针对HDPE管材的粘弹性力学特性,采用ABAQUS有限元软件对HDPE输水管道的安装过程进行模拟计算。分析结果表明,配重块可保证管道安装及在位稳定性,一般按45%~80%的空管率确定单位长度管道上的配重块质量,配重块间距为1~2 m可以限制管道变形;热熔焊接一般参照丹麦DS/INF 70标准,热熔焊接过程中产生的熔珠环会阻碍清管器通过,增加输水阻力,使管道内滋生微生物,因此应切除内熔珠环;国内主要采用专用铺管船安装HDPE输水管道,宜采用增加托管架长度,减小张紧器张力的方法进行铺设,以保证HDPE管道的施工质量和安全。研究结果可为相关海上HDPE输水管道工程设计提供参考。