温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进

海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题是管线设计的关键性问题之一．结合实际工程，探讨了管线屈曲变形的计算方法，分析了温差、地基土特性、管线埋深和膨胀弯设置等因素对管线屈曲变形的影响，并初步探讨了考虑初始缺陷管线的稳定性分析方法和工程对策．结果表明，管线中的应力随着温差的增加、地基土体摩阻力的增大及管线上覆土厚度的增长而增大，设置膨胀弯可以使其端部一定范围内的管线自由变形．从而释放由于温差和压差作用在管线内产生的附加应力．当管线有足够的埋深时，不发生竖向的屈曲变形．降低温度和增加埋深等措施能够有效防止管线屈曲．     

考虑人工边界的海底管线地震应力分析

海床动力响应分析一般将管线假定为刚性,没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理,亦不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应.基于Biot动力固结理论建立了海床-管线相互作用的计算模型,利用粘弹性人工边界,以大型有限元软件ADINA为平台对El-Centro地震波作用下的海底管线的动力响应进行分析,重点讨论了成层海床土对海床中孔隙水压力和海底管线内应力的影响.结果表明:海床土性的变化对海底管线的内应力影响不大,而对海底管线周围孔隙水压力的影响很重要.     

海底管线溢油数学模型研究

基于Lagrangian积分技术,推广了海底管线溢油数学模型,在模型中首次考虑了溢油的乳化,同时还考虑了剪切卷吸和对流卷吸以及溢油的扩散和溶解.该模型不但能够模拟不分层或分层环境中的水下溢油轨迹,而且还可以在改变水流流速的环境下模拟.讨论了不同Froude数、分层数以及溢油速度和水流速度比下的溢油轨迹和浓度值,通过多次数值模拟发现在改变小孔直径大小而保持Froude数以及溢油初速度和水流流速比不变的情况下,溢油的轨迹变化很小,且溶解总量和乳化总量都很小.将数值模拟结果与实验值进行对比,获得了令人满意的数值结果,说明该模型具有较高的准确性和可靠性,能够反映出海底管线溢油的扩散及上升轨迹.     

海底管线埋深问题研究

介绍海底管线有关知识,简要阐述国内外的相关规范以及国内学者的研究成果.在此基础上,尝试利用简单的物理模型,理论分析锚的整个下落过程的运动状态,最终计算出错的海底贯穿量,旨在为今后海底管线埋深方面的研究提供一些理论依据.     

确定海底管线管跨段模糊固有频率的方法

根据管跨端点支撑土壤的变形特性,提出了研究管跨振动特性的力学模型;探讨了端点支撑的弹性系数和阻尼系数的模糊性,基于模糊推理规则,依据海底土壤力学特性参数及其影响因素间的模糊关系,提出了确定作为管跨端点支撑土壤的弹性系数和阻尼系数的方法,并通过模型实验,验证了据此方法计算出的模糊固有频率的正确性。     

海底管线自沉过程研究

海底管线的稳定性是海底管线研究的重要内容之一.通过有限元软件ABAQUS,应用Mohr-Coulomb塑性模型,模拟海底管线自沉过程.通过进行海床土体初始地应力平衡、设置管土接触的方法,建立海底管土相互作用模型,分别计算了管线在自重和波流载荷联合作用下的管线变形及土体沉降量.计算结果显示,管线自重和波流载荷对管线的弯曲变形影响较大,对土体沉降量影响较小.同时通过对比模拟研究,发现管线水下重量、外径,土体粘聚力、内摩擦角都对土体沉降量有不同程度的影响,影响的大小程度取决于土体是否进入塑性屈服状态,参数的改变使土体越容易发生塑性屈服,土体的沉降量越大.     

地震作用下海底悬跨管道水动力计算模型

在不同方向的地震动输入下海底悬跨管道的动力响应存在差别.基于Wake模型,提出了三维地震输入下的海底悬跨管道的水动力模型,并推导了有限元控制方程.建立有限元离散模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底悬跨管道的动力分析.通过数值计算和模型试验的结果比较可以看出,考虑地震动输入方向影响的Wake模型能够应用于海底悬跨管道的地震响应分析,其计算结果与试验结果符合得较好.     

基于Fluent的海底管线附近流场分析

针对单向海流作用下海底管道附近的流场问题,通过一定的假设,将问题简化为定床条件下的二维圆柱绕流问题. 采用不可压缩的N S方程和标准k ε湍流模型,模拟了置于床面的管道附近流场,结果与实验一致;同时,很好地模拟了悬空管道后方涡旋的生成、发展和脱落过程. 在此基础上,计算了不同流速和间隙比等条件下的多种工况,指出了管道附近的易冲刷区域,并进一步分析了绕流流态变化、床面切应力和管道上下游床面压差的分布特点,为防止管道附近床面的冲刷提供科学依据.     

地震激励下海底悬跨管道动力响应的数值分析

为开展地震激励下海底悬跨管道的动力响应分析,考虑海流-地震荷载耦合作用建立修正的Morison方程并推导管道运动方程,建立多点地震输入非线性数值分析模型,动力响应分析结果与已有海底管道的水下模型试验结果吻合较好.在此基础上探讨管道悬跨长度、悬跨高度、管道内有无液体和多点地震输入等因素对管道动力响应的影响.结果表明:管道悬跨长度、悬跨高度是影响管道动力响应的主要因素;悬跨长度每增加1倍,应力会增加37.1%;悬跨高度增加1倍,应力增加21.8%;多点输入工况下应力增加38.7%;满水管道应变平均增加27.1%.     

海底管线剩余寿命评价方法

海底管线是海洋石油生产过程中关键的运输通道,并且在当今国家重视环境与安全的大政策环境下,针对海底管线进行剩余寿命评价是十分有必要的。本文依据DNV RP-F101标准和PCORRC方法计算海管的剩余强度和剩余寿命。本文分别采用DNV RP-F101标准中的分项安全系数法和许用应力法计算出腐蚀缺陷强度,还利用PCORRC方法计算出剩余强度以及寿命,并对这所有的计算结果进行对比。本文列举了一般评价剩余寿命的方法,并在此基础上找出一种新的十分适用于海底管线评价的寿命评价方法,并直接给出了计算方法。     

海底管线溢油的数值模拟

采用VOF方法,选择压力速度耦合的PISO算法建立海底管道孔口溢油预测模型.模拟油滴在浮力的作用下的上浮过程,分析比较不同管内压力和不同水流速度条件下的溢油量、油滴漂移扩散轨迹.计算结果表明,管道内压力直接影响单位时间溢油量,而水流速度等海况条件是影响溢油行为和归宿的重要因素之一.数值模拟方法可为溢油应急决策提供理论依据.     

船舶锚泊作业对海底管线的拖拽损害

针对渤海海域近年来频繁发生的由于抛锚导致海底管线损害故障,对锚和锚链拖拽力进行分析,选取实际船舶计算抛锚作业对海底管线的拖拽力,分析锚泊作业对海底管线的拖拽损害,可为船舶抛锚作业对海底管线损害的风险评估提供依据.     

基于实践的海底管线探测技术研究

本文基于笔者多年从事海底管线及地球物体探测的相关工作经验,以笔者的工作实践为背景,探讨了基于海洋磁力、侧扫声纳及浅地层剖面三种地球物理探测手段的海底管线探测思路,给出了探测的原理和案例,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。     

渣浆泵用于海底管线深沟回填实施方案仿真分析

通过海上某油气田附属的登陆海底管线,以深沟回填施工方案制定过程中所做的仿真模拟为前提,以施工方案的确定、施工计划及费用的优化等环节为基础,总结归纳了海底管线深沟回填施工方案确定过程的要点,并为以后类似工程项目的保险理赔提供借鉴。     

非接触式检测海底管线防腐层破损点的方法

海底管线防腐层的阴极保护状态在深海环境下难以直接测量,分析防腐层破损引起周围环境电场电位变化关系,首次提出通过测量海底管线周围的环境电场电位分布而实现不接触检测海管表面防腐层破损点的方法.一是研制新型的深海用全固态的银/氯化银参比电极;二是利用虚拟仪器技术设计环境电场测量系统.在青岛滨海采用非接触测量系统进行了实验,实验结果表明该系统在距离海底管线4 m内均可以准确测量其周围的环境电场电位分布,检测出管线表面破损点.     

海底管线铺设焊接技术现状与发展趋势

介绍了最新海底管线铺设焊接技术的研究现状与发展趋势,比较了各种主要焊接方法的特点,其中熔化极气体保护全自动焊是广泛使用的海底管线铺设焊接技术,提高该技术生产效率的有效途径是采用多头多炬及窄间隙坡口;介绍了闪光对单极脉冲焊、光纤激光-电弧复合焊及非真空电子束焊等新型焊接方法.认为这些方法有望在未来海底管线铺设工程中得到应用并产生重要影响;基于网络和总线技术的计算机集成管线铺设焊接系统可望成为提高焊接生产率的重要途径.     

基于ABAQUS的拖锚载荷对海底管线的影响研究

锚击是造成海底管线第三方损伤的重要因素.本文将拖锚对海底管线的损伤分为撞击、拖曳两个方面,并利用ABAQUS软件对上述两种作用方式进行数值模拟.撞击分析中,利用数值模型分析了管壁厚度、管线长度对最终凹痕深度的影响,并与其他撞击形式、规范计算值进行了对比.拖曳分析中,重点探讨了海床土壤性质的影响.结果表明,拖锚对海底管线的撞击作用影响相对较小,平铺于砂质海床上的管线最大拖曳力计算值更大.应用ABAQUS的有限元模型研究海底管线的抗锚害问题切实可行,对于管线设计、提高管线安全性有一定指导意义.     

波浪条件下海底管线与沙质海床间的相互作用

海底管线的稳定性问题是海底管线设计的关键问题之一.通过大型通用有限元软件ABAQUS,应用较为简单的线弹性模型,对海床采用平衡地应力、简化渗流力的方法,建立海底管线模型,初步模拟近海埋置管道与海床之间的相互作用,分别计算了管道在自重和简谐波浪荷载作用下的管道变形及受力状况.计算结果显示,管道自重造成的屈曲对管道的稳定性影响不大,但管道屈曲是破坏海底管道稳定性的最直接的重要原因之一,由于管道自身的屈曲,沿管道截面圆周上各点的位移差比管线整体位移小2个数量级.在自重和波浪荷载两者的共同作用下,管道受土体的挤压,产生较大的弯曲和较小的侧向扭曲,最大弯曲变形比自重作用下的管道最大变形小1个数量级,侧向扭曲位移较弯曲位移小2～3个数量级.     

埋地管线在均匀和非均匀土介质中的地震反应

对埋地管线在均匀和非均匀土介质中的地震反应进行分析研究，结果表明，在地震行波作用下，不均匀土介质中埋地管线的轴向应变同均匀介质中管线的轴向应变相比，增大系数为１．５０左右。     

水流作用下海底管线三维冲刷扩展速度实验研究

对水流作用下海底管线三维冲刷问题进行了实验室研究,重点研究了不同的水流速度(以底面剪切力系数θ表示,θ=0.046~0.104)、管线埋厚比(e/D=0.1~0.5)、水流作用角(α=45°~90°)下的冲刷沿管线扩展速度.实验结果表明管线下方冲刷以先后两个速度沿管线向两侧扩展.建立起冲刷段扩展速度vh与θ、e/D、α等影响因素间的关系.发现管线冲刷的扩展速度随底面剪切力系数的增大而增大;随着埋厚比的增大而减小,随水流作用角的增大而增大.最后,根据实验结果建立了一套预测海底管线下方冲刷段扩展过程的经验模型,效果较好.