黄鑫[1]2004年在《海底管线设计分析》文中进行了进一步梳理近年来,发展海洋石油已经成为国家能源开发的主要方向,海底管道作为连接海洋平台之间安全、经济、快捷的运输方式已经被广泛应用。而我国的海底管道,无论是设计还是施工水平,均和国外存在巨大差距。本文主要针对海底油气管道设计和施工问题作了深入的理论研究。一整条海底管线的设计和施工包含许多步骤,本文依据实际项目的设计计算,主要从立管、吊装、铺管、挖沟四个方面作为切入点,对设计的应力校核计算和施工注意事项等方面的分析,研究了海底管线的整套设计流程。通过对计算模型、计算过程和计算结果的讨论,提出了一些改良建议。对于各规范中应力的计算公式的应用和海底管道壁厚选取也做了说明。主要研究内容如下:1.说明了海底管线立管系统的定义和组成,通过对加载情况、管道参数、环境参数、平台位移、自由悬跨等方面的分析,使用“AUTOPIPE”软件进行实例计算。2.吊装施工中对管道在各种工况时所处最不利条件的弯曲应力、有效轴向应力和外部压力按照DnV规范进行校核,使用“RISER”和“SUSPEND”软件进行实例计算。3.铺管时对管道进行静力分析,按照水深不同采用线性或非线性方法处理,对管道所处最不利条件的弯曲应力、有效轴向应力和外部压力按照DnV规范进行校核,使用“OFFPIPE”软件进行实例计算。4.给出了挖沟计算模型,参照实际工程进行计算。5.对不同规范中允许应力的公式和管道壁厚参数的选取作了比较。
程栋栋[2]2008年在《复杂条件下海底管线与土相互作用研究》文中指出随着海底石油、天然气资源的开发,管道运输作为油气运输中最快捷、经济、可靠的主要运输方式,在全世界范围内得到了广泛应用。海底管线是海洋油田生产系统中的一个重要组成部分。通过海底管线把海洋油田的整个油气集输、贮运系统联系起来,也使海洋油田与整个石油工业系统联系起来。随着我国海洋油田进一步开发,海底管道需要量会大大增加。与陆上管道相比,海底管线的工作环境条件恶劣,运行风险更大,失效概率更高,海底管线的安全问题始终为人们所关注。目前,国内对这一方面的研究工作还很少,因此,对海底管线的安全稳定性进行研究分析具有重要意义。海底管线系统包含立管、海底平管以及登陆管线叁个主要部分,每一部分受到的荷载条件均不相同,复杂多变。本文依托渤海油田的管线工程,针对该区域特殊的荷载和环境条件下海底管线的稳定性进行了研究,提出了管线设计和防护的新方法及工程对策:1.基于对管土相互作用的研究,对埋设海底管线在高温高压作用下的竖向屈曲问题进行研究,在分析理想管线的屈曲形态基础上,针对有初始缺陷海底管线的屈曲建立了新的理论计算方法,重点就温差、地基土的摩阻力、管线上覆土厚度及膨胀弯等因素对埋设管线拱起形状及管线内部应力的影响进行了研究,总结规律,指导海底管线的设计施工。2.对于连接平台与海底管道的立管系统,针对其双层管的特殊结构性以及所受荷载条件的特殊复杂性,提出利用有限元法对立管系统进行非线性应力分析的新方法。模拟海床地基土与管线的相互作用及其他荷载条件,建立叁维有限元模型,对立管系统的整体稳定性进行研究,针对管线的法兰位置、热膨胀量以及土对管线的约束等因素对管线应力的影响进行分析,为海底管线立管系统的优化设计提供了可靠依据。3.对于登陆管线,针对天津临港工业区围海造陆工程对渤西海底管线的安全影响进行研究,建立有效的评估计算方法。利用有限元法和弹性地基梁理论方法,对大面积吹填土作用下的管线应力状态进行计算,提出吹填施工的技术要求;针对子隔埝对下方海底管线的影响,提出保护措施,并用有限元方法对保护状态下的管线和管周土体进行建模分析,验证其安全性;同时对围海造陆工程的施工提出了工程建议,保障管线的安全运行。本人在论文期间参与了多项海底管线的设计分析工作,文中提出的各项分析方法均得到了实际应用,可以很好的满足工程需要,适应海底管线运行的复杂条件,为海底管线的设计与施工提供了切实可行的分析方法和依据。
甄兴伟[3]2016年在《新概念水中生产系统耦合运动及风险评估研究》文中指出随着海洋油气资源开发逐步向深海(水深500-1500m)和超深海(水深大于1500m)发展,各种新型海洋工程结构物不断涌现。目前,新型海洋工程结构物的设计研究主要集中在浮式海洋平台概念的基础之上。国际上广泛应用的浮式海洋平台类型主要有：张力腿平台、Spar平台、半潜式海洋平台、深水钻井船、浮式生产储卸油系统(Floating Production Storage and Offloading system,简称FPSO)以及浮式钻井生产储卸油系统(FDPSO)等。尽管浮式海洋平台被广泛拓展应用于超深海油气资源的开发活动,但是面对具有强风和巨浪等多种灾害性海洋环境要素特征的超深海,浮式海洋平台存在着诸多不足,例如：本体结构尺寸过大、定位性能要求高、设计和施工技术复杂以及无安全有效的避险技术等。因此,研究开发新一代的“超深海灾害性海洋环境要素适应性海洋油气开发作业支撑系统”对于我国掌握超深海油气资源勘探开发的前沿技术和建立具有自主知识产权的超深海石油工程装备体系具有深远意义。本文的研究内容主要分为以下五个部分：(1)基于对超深海灾害性海洋环境要素的认知和超深海油气资源开发作业所遇到的技术难题,提出一种基于张力系泊式潜没浮筒(水中生产作业平台)的水中生产系统(Subsurface Tension Leg Production system,简称STLP系统)新概念,并进一步构建了基于水面FPSO和STLP系统的超深海油气生产开发系统,为超深海油气田开发提供了一种全新的解决方案。在明确STLP系统的功能需求和技术要求等设计基础上,提出了需要遵循的设计准则,采用交互式的方法开展了STLP系统关键构件的概念设计。概念设计内容主要包括潜没浮筒结构型式的确定、潜没浮筒的总布置和主尺度预估、潜没浮筒的重量分布、张力系泊系统设计、刚性立管系统设计和管线中转装置设计等。(2)提出一种新型桁架式海星构型的潜没浮筒(Truss Seastar Pontoon,简称T-SSP),应用数值计算的方法开展T-SSP的水动力性能研究,计算得到了T-SSP的水动力系数,并进一步开展了潜没浮筒的水动力参数敏感性分析。研究结果表明T-SSP横向拖曳力系数的确定具有相当重要性。(3)建立了潜没平台(包括T-SSP、采油设备、系泊系统以及刚性立管系统)全耦合的数值计算模型,系统地研究了水中生产作业平台的张力系泊系统的定位特性,重点研究了张力系泊缆的初始方位角、预张力、水深以及流速等因素对潜没浮筒定位性能的影响。研究结果表明,张力系泊缆的初始方位须垂直于潜没浮筒底面,从而在保持T-SSP稳定性的前提下,能够实现基于潜没平台的超深海油气生产开发系统的整体优化布局。此外,系统地开展了刚性立管系统的设计分析,包括刚性立管系统的运动响应分析、干涉分析、在位强度分析、屈曲分析以及疲劳损伤计算分析等,分析结果表明预安装的T-SSP能够为多井口联合生产作业提供稳定可靠的浅水作业平台。(4)基于悬链线理论,建立了FPSO与STLP系统之间的柔性跨接管长度的优化设计准则。进一步地,建立了基于水面FPSO和STLP系统的超深海油气生产开发系统(包括T-SSP、采油设备、系泊系统、刚性立管系统、柔性跨接管系统和FPSO)全耦合的数值计算模型,系统地研究了不规则波环境条件下一阶波浪运动和FPSO极限偏移对潜没平台运动特性的影响；研究结果表明,针对超深海灾害性海洋环境要素,STLP系统具有良好的适应性。(5)针对STLP系统在生产作业过程中由于潜在的危险事件而导致的原油泄漏风险,建立了STLP系统定量风险评估的理论框架。在建立STLP系统风险接受准则的基础上,识别潜在的危险事件,并建立整体风险模型；基于事故数据库和专家评判,对主要危险事件的发生概率和危险事件发生后果进行了系统地计算分析,并研究了定量风险评估过程中不确定性的影响；基于已建立的风险接受准则,确立了STLP系统的风险等级,并提出了降低STLP系统整体风险水平的推荐措施。定量风险评估结果表明只有水下井口头泄漏的环境风险水平位于ALARP (As Low As Reasonable Practicable,简称ALARP)区域,其余危险事件的环境风险水平和经济风险水平均位于可接受风险区域,验证了采用新型STLP系统开展超深海油气资源开发作业所具有的安全性优势。
张国光[4]1989年在《海底管道开沟犁及其设计分析》文中提出用海底犁进行海底管道开沟是一项趋于成熟的施工技术。本文评价了海底管道开沟犁技术的发展与动态,分析了海底犁的结构类型及特点,讨论了海底犁犁总体设计时所应考虑的问题和技术关键。指出海底犁技术集是现代科技之大成,应把海底犁作为海底管道施工技术的重要部分,我们应在吸收和消化国外现有技术成果的基础上发展适合于我国海况的海底犁机型。
左华伟[5]2002年在《现役海底输油管线的可靠度分析与维修决策》文中研究指明海底管线是海上油气田的生命线，它的安全与否直接关系到整个油气田的生存。目前，对于海底管线的研究已经从设计、施工、检测、维修等各个方面展开，并取得了一定的成果。但是，对于现役海底管线来说，由于其所处海洋环境的复杂多变，在经过一段时间的服役后，工作状态发生变化，这时就要验算其在设计基准期内的剩余时间里，还能否完成预定的功能。即结构是否发生破坏，是否需要维修，以及做出维修决策的依据等都还是一个新生领域，需要进一步的研究。本文利用可靠度理论展开对海底管线在这一方面的研究，从可靠度的角度研究海底管线发生破坏的极限跨长，为维修决策提供进一步的依据。 结构评定的安全度标准与所采用的分析方法是一致的，采用可靠性分析方法需有目标可靠性指标为标准。因此，本文充分考虑结构的经济性和风险性等因素，采用模糊优化的方法，得到海底管线需进行维修时的临界安全系数，再根据其在不同环境荷载条件下的不同失效模式反演确定出各自情况下的目标可靠度指标。 本文首先研究了在极端荷载——地震力的作用下，悬跨海底管线的强度破坏问题，并根据这一强度破坏失效模式对管线进行了动力可靠度分析。再根据海底管线在这一失效模式下的目标可靠指标进行可靠度评估，得到悬跨情况下的最危险跨长。 其次，悬跨形成以后，海底管线在波浪力的颤振作用下，易发生疲劳破坏，因此，本文根据疲劳破坏失效模式，对其进行了疲劳可靠度分析，并根据该失效模式的目标可靠指标进行评估，得到了悬跨海底管线发生疲劳破坏的极限跨长。 通过以上两种破坏模式下的可靠度分析，结果表明疲劳破坏模式所确定的极限跨长远小于地震力作用下强度失效模式确定的极限跨长，由此可见当海底管线形成悬跨以后，波浪力作用下的疲劳问题是避免管线失效的主要控制因素。当管线悬跨段长度达到疲劳失效确定的极限跨长时，就应该根据实际情况做出维修决策。
马冬霞[6]2000年在《悬跨海底管线动力反应分析和振动控制理论研究》文中研究表明目前，海底管线作为生命线工程之一，由于其所处环境条件的恶劣、边界条件的复杂，其安全性正受到各方面的威胁。地震作用下管线的强度破坏是要解决的重要问题，波浪升力下管跨疲劳颤振也时刻威胁着悬跨管线的安全。从振动控制的角度来分析管线动力反应和提出合理地振动控制方法和措施是讫待解决的问题。 本文建立了悬跨管线两点输入地震动时管线动力反应分析模型，模型考虑了地震动沿管跨的传播。算例分析了不同跨长的管线动位移时程和动应力时程。得出管线的反应与输入地震动频谱密切相关，通过确定管跨的频率来确定管跨的跨长。 本文建立了悬跨管线波浪升力颤振下管线动力反应分析的模型，详细阐述了管跨疲劳评价的过程，算例分析了管跨颤振的反应大小和影响因素，计算了其累积疲劳损伤。在上述两个动力模型方程的求解中，引入Rayleigh阻尼大大简化了动力方程的求解。 研究结果表明，控制悬跨振动的关键问题是控制悬跨的长度。并提出了叁步两水平管跨控制新概念，由第二跨长确定控制管跨的长度，进一步提出振动控制的方法。
王爱军[7]2012年在《深海脐带缆动力响应及弯曲加强器可靠性研究》文中认为脐带缆作为水下油气资源生产系统的关键设备,具有显着的力学非线性特性和随机性特征。随着海洋油气开发不断走向深水,水下脐带缆在设计、分析、安装和运行中面临诸多挑战。首先,水深增加导致动态脐带缆顶张力较大,需布置浮力块来减缓其顶部张力,而不同的浮力块布置方式会影响脐带缆的整体构型。为保证结构的安全性和经济性,需要对浮力块布置方式进行优化。同时,铺设在海床上的静态脐带缆在海洋环境载荷作用下容易发生较大位移而致使脐带缆失稳破坏,这将导致油气生产系统的失效、油气泄漏等事故。此外,脐带缆顶端需要安装弯曲加强器防止脐带缆过于弯曲而破坏,但弯曲加强器会承受大交变载荷作用以及环境腐蚀,容易发生疲劳破坏。在脐带缆结构分析中存在不确定性因素对分析结果的影响,如结构的几何尺寸、材料特性、环境载荷等具有随机性,这使得原有设计可能失效。所以对脐带缆分析时考虑不确定性因素的影响对提高其安全性置关重要。为保证结构系统安全可靠,亟待对脐带缆结构进行海床稳定可靠性分析和疲劳可靠性优化设计。本文针对上述动态脐带缆浮块设置处、位于海床段静态脐带缆、脐带缆顶部与平台连接部位这叁个关键位置,进行动力响应分析与弯曲加强器疲劳可靠性相关的分析研究,并考虑结构分析中不确定性随机因素的影响,主要工作如下:1.脐带缆浮力块布置多目标优化设计考虑环境载荷的作用对脐带缆进行整体动力分析,分析不同浮力块布置方式和不同波浪、流的参数对脐带缆整体动力特性的影响。然后对脐带缆浮力块布置方式进行优化分析,优化采用近似模型技术减少动力分析的计算量。利用基于直觉模糊集的多重属性决策方法,从Pareto解集中选取最佳的折衷解。优化结果表明近似模型技术可以有效提高多目标优化的效率,减少计算量同时保证精度;多重属性决策方法能有效快速地选取最佳的优化结果。2.脐带缆动力稳定性的可靠度分析考虑海底脐带缆稳定性分析中不确定性因素的影响,提出海底脐带缆动力稳定性的可靠度分析方法。采用动力稳定性分析方法分析管线的稳定性,水动力载荷采用Fourier系数模型方法计算,基于近似模型技术利用Monte Carlo仿真对稳定性进行可靠度评估。对影响稳定性的参数进行敏感性分析,讨论了各参数对稳定性可靠度的影响,分析结果可为脐带缆稳定性设计提供参考。3.脐带缆弯曲加强器的疲劳可靠性优化考虑不确定性因素对结构疲劳分析的影响,提出基于近似模型的疲劳可靠性优化的方法。考虑疲劳概率性的约束,对弯曲加强器进行优化设计。弯曲加强器的疲劳分析采用从整体到局部分析的思路,并对弯曲加强器疲劳性能进行敏感性分析和交互效应分析,讨论了各个参数对弯曲加强器疲劳性能的影响。可靠性优化采用单循环的方法降低了迭代次数;采用近似模型技术,有效提高疲劳可靠性优化的计算效率。分析结果表明疲劳可靠性优化方法考虑设计参数的随机性影响,相比传统的确定性优化设计,能更好更合理地兼顾经济性和安全性方面的要求。
沈东[8]1989年在《海底管线水力、热力、强度、稳性设计》文中研究说明海底管线设计,通常是根据技术任务书要求的输送量确定其流量,然后由已知的流量和选定的流速(一般采用经济流速或极限流速)初选管径,再根据输送油品的特性进行水力和热力计算,最后确定管线的直径、输油温度等,同时为选择泵机组和加热设备提供必要的技术参数,并为管线结构设计提供基础。
王庆国[9]2010年在《深水S型托管架详细设计分析》文中研究指明为了对中深水海域油气及其勘探开发中的关键技术有所突破,我国在“十一五”期间确立了专项研究项目,深水管道铺设是此项目中必不可少的关键技术。深水管道铺设一度采用J-lay,但是随着该项技术的发展S-lay也逐渐应用于深水管道的铺设并且大幅提高了管道铺设的效率。本文系统地介绍了常用的管道铺设方法、S型托管架的发展历史以及我国深水管道铺设研究的现状,详细描述了先进托管架的基本设计流程,从失效模式入手,深入分析了托管架详细设计中的关键问题并且提出了整体与局部相结合的数值分析方法。以某铺管船为例,对该铺管船托管架进行了详细设计分析。本文的研究工作属于863计划子课题“深水海底管道铺设托管架设计及专用设备国产化技术研究”(2006AA09A105-4)中的一部分。
邵亮亮, 魏佳广, 严亚林, 陈凯超, 丁帅[10]2018年在《基于绥中36-1油田群复杂管系的工程船锚泊方法研究》文中研究指明在分析绥中组块安装锚位的区域特性,风、浪及流等海洋环境因素,以及抛锚区的海底管汇分布状况和作业区平台布置的基础上,研究设计CEPN组块安装所用的浮吊船在复杂区域锚泊的问题。
参考文献：
[1]. 海底管线设计分析[D]. 黄鑫. 天津大学. 2004
[2]. 复杂条件下海底管线与土相互作用研究[D]. 程栋栋. 天津大学. 2008
[3]. 新概念水中生产系统耦合运动及风险评估研究[D]. 甄兴伟. 大连理工大学. 2016
[4]. 海底管道开沟犁及其设计分析[J]. 张国光. 油气储运. 1989
[5]. 现役海底输油管线的可靠度分析与维修决策[D]. 左华伟. 大连理工大学. 2002
[6]. 悬跨海底管线动力反应分析和振动控制理论研究[D]. 马冬霞. 大连理工大学. 2000
[7]. 深海脐带缆动力响应及弯曲加强器可靠性研究[D]. 王爱军. 上海交通大学. 2012
[8]. 海底管线水力、热力、强度、稳性设计[J]. 沈东. 中国海洋平台. 1989
[9]. 深水S型托管架详细设计分析[D]. 王庆国. 大连理工大学. 2010
[10]. 基于绥中36-1油田群复杂管系的工程船锚泊方法研究[J]. 邵亮亮, 魏佳广, 严亚林, 陈凯超, 丁帅. 化工自动化及仪表. 2018