粉沙海床管道在联锁排防护下的冲刷试验研究

采用当地海床的天然粉沙进行试验床面的设计,对海底管道在实际海床受到的极限波浪和最大水流作用进行试验,在管道上方铺设混凝土联锁排,对联锁排块体稳定性和其对管道防护的有效性进行研究。通过物理模型试验,研究了在极限波浪和最大水流作用下,管道在粉沙床面最大冲刷深度。通过不同水深中波流条件下研究了混凝土联锁排防护效果及其周围床面的冲刷变化,观测了联锁排的稳定性。试验结果表明:按半经验半理论简化公式得出的联锁排厚度能满足稳定性的要求,比水利部规范计算的联锁排厚度偏大的公式更加适合应用,试验期间混凝土联锁排的排面稳定,能有效保护管道,在该防护下管道没有冲刷,只在联锁排上下游与床面接触的来流段和尾端有冲刷,但该冲刷深度不影响联锁排整体的稳定性。     

透空导流板对海底管线冲刷防护的试验研究

基于海底管线周围流场复杂,管线运行过程中易于出现冲刷悬空破坏等诸多特征。本文根据导流板作用下海底管线的冲刷防护机理,提出了一种透空导流板与海底管线结合的防冲刷措施。通过量纲分析得到了影响海底管线冲刷深度的无量纲公式,并通过物理模型试验,研究了单向流作用时,不同流速、不同管孔比、不同透水比的工况下透空导流板对海底管线的冲刷防护的影响。研究发现,由于透空导流板的存在,泥沙受到的推移力减小,导致泥沙淤积,海底管线的冲坑深度小于无导流板防护的冲坑深度,透空导流板防护的管线最大冲刷深度在管轴线前0.3 D处,且在管线下方冲刷坑深度明显减小。基于试验资料分析,拟合得到了平衡冲刷深度的计算公式,其公式与实测资料拟合较好,说明该公式具有较好的适用性。     

海底管线作用下的泥沙休止角的试验研究

由于海底水动力环境的复杂性,海底管线破坏等问题日益突出,而海床的冲刷是管线破坏的一个重要原因。本文经对单向恒定流作用下的海底管线冲刷坑内泥沙动水休止角这一特征参数的理论分析和试验研究,得到其相关关系和变化规律,对进一步研究海底管线的防护技术有一定参考价值。     

块石和混凝土排垫保护下海底管道落锚撞击变形响应研究

以往的海底管道落锚撞击防护数值模拟主要为单一保护层模型,这里则针对块石+混凝土排垫复合方案建立模型并开展防护性能研究。基于ABAQUS建立有限元数值模型,模拟了落锚、海底管道、海床土体、块石层和混凝土排垫组成的复杂系统相互作用,研究了管道壁厚、内压,落锚质量和撞击速度等因素对管道应变极值和管体凹陷变形的影响。与单纯块石层保护方案相比,采用的块石+混凝土排垫方案具有更优良的防护效果。研究结果表明：在撞击点处,管道的轴向应变和环向应变均达到最大值,且随着与撞击点距离的增加沿管道轴向逐渐减小;撞击结束后,管道上仍然残留一定的塑性应变。随着管道壁厚的增加,管道的最大应变和凹陷深度也随之减小;随着内压的增加,管道上最大拉伸应变变大,而最大压缩应变和凹陷深度减小。随着落锚速度或者质量的增加,管道上最大应变和凹痕深度均变大;在相同动能情况下,管道上的最大应变和凹陷值基本相同,也表明落锚动能是影响管道变形响应的控制因素。本文研究成果可为海底管道防护方案设计提供科学依据。     

海底管线冲刷悬空及其抑制技术研究综述

海底管线作为海洋工程的重要组成部分,其安全性受到广泛关注。本文简单回顾了国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法研究海底管线冲刷悬空及防护问题的成果,并对工程中应用较广泛的防护方法的优缺点进行了简单对比,为该领域的进一步研究提供参考。     

海底管道悬空防护与治理措施浅谈

为了治理一直困扰茂名30万t单点码头的海底管道悬空问题,首先分析了海底管道埋藏状态的识别方法,对国内外海底管线各种悬空治理措施的优缺点和适宜海域进行汇总。在对茂名30万t单点码头海底管道开展了多次路由调查的基础上,针对悬空路段,分别采用人工海草、沉排、碎石回填等不同的防护措施。结果表明,人工海草确实具有明显的降低流速和促进泥沙淤积的功能,但潜水员水下作业工作量较大,不宜在水深大于40 m的海域进行,应避开拖网捕捞海域。水泥沉排在水下较稳定,可有效保护海底管线免受外来损害,但是回淤促淤缓慢。当海床承载力足够时,采用碎石回填办法进行海管维护比较有效,冲刷坑填埋充实,可广泛用于修正悬空。     

巨浪冲蚀威胁下的海底管道仿生草防护技术

仿生草防护技术是一种通过降低海底管道附近水流的流速,促进沉积物颗粒在海底管道附近进行沉降淤积以防止冲刷发展的防护技术。波生流是近岸地区的重要水动力现象,直接影响海岸地貌演变与输沙过程。通过多组物理模型试验模拟了波浪作用于不同底质条件下仿生草对海底管道冲刷的防护作用以及不同的仿生草布设方式对其防护效果的影响,并对其作用机理进行了初步的分析研究。结合仿生草在平湖海管中的实际应用,证明了仿生草对悬空管道的防护效果明显。波浪在近岸区可能产生较强底流,仿生草技术通过阻尼作用对于砂质海床具有明显的防冲刷效果,但对于粉质海床效果略差,这是由于底质不同造成的。仿生草布设方式对其防护效果至关重要,主要是海底管道两侧的仿生草发挥了防护作用。建议根据具体情况将仿生草技术结合传统方法进行作业实施,以取得更好的效果。     

泥沙突变理论在海底管线冲刷中应用

基于泥沙突变理论,针对海底管线冲刷下泥沙的运动特征,建立恒定流作用下的泥沙起动模式,确定希尔兹数、无量纲参数、冲刷坑深度之间相互作用的非线性方程,推导了恒定流作用下海底管线冲刷坑深度的预测公式。将相同条件下该公式的计算结果与前人的试验资料进行了对比,可发现尽管计算结果存在一定的误差,但也基本能满足对冲刷坑深度的预测和判断,从而证明了泥沙突变模型在预测海底管线冲刷坑深度中的适用性。     

舟山册子岛-镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究

舟山册子岛-镇海段海底原油管道连续多年监测数据显示,局部海床冲刷较为严重,管道多处裸露、悬空,对工程安全构成威胁。基于Delft3D建立杭州湾口二维水流泥沙数学模型,并利用实测潮位、流速、流向及悬沙质量浓度资料对模型进行率定与验证,进而模拟分析近年来人为开发活动对海底管道附近海床冲淤变化的影响。分析结果表明,新泓口围垦工程和金塘大桥工程对管线镇海登陆段海床冲刷影响较大,金塘大桥桥墩阻水作用加剧了管线深槽边坡西半段海床的冲刷,另外管线深潭延伸东半段的海床冲刷与金塘大桥主通航孔密切相关。     

往复流作用下海底管道局部冲刷机制数值模拟

基于开源的计算流体力学模式REEF3D,建立了海底管道局部冲刷水槽数值模型,在验证单向流实验结果的基础上,进一步对往复流作用下的海底管道局部冲刷机制进行了研究,并作对比分析。研究表明,总体上往复流对管道所在海床的局部冲刷规模比单向流弱。当流向改变后,原先下游的堆积区转变成上游,优先受到冲刷,并填充到管道下方的冲刷坑,同时使水流在管道下方的作用减弱。这种回填过程使短周期下的往复流作用需要更长的冲淤平衡时间。在回填与冲刷的共同作用下,上下游的冲刷坑坡度会因流向变化而变化。     

混凝土联锁排应用于海底电缆防护稳定性研究

海底电缆穿越底质坚硬海床时,覆盖混凝土联锁排可以有效保护海缆。根据国网舟山500 kV海底输电电缆所在海域实测水文数据,采用力学平衡公式和数值模拟两种计算方法,研究混凝土块在极端水流作用下的在位稳定性。基于推导出的力学平衡公式,对其进行函数分析后发现,当混凝土块底边固定时,存在一个极值高度,此时铺设在海床的混凝土块最为稳定,可以抵挡的水流流速最大。通过数值模拟,研究了混凝土联锁排在水流作用下的三维流态特征,对不同形状混凝土块的受力情况进行比较后发现,当混凝土块边缘为圆角时,可以改变边缘周边的水流结构,总体上加强混凝土块的稳定性。经计算,尽管国网舟山500 kV海底输电电缆所在的灰鳖洋海域潮流流速较大,但常规长、宽、高为0.4 m×0.4 m×0.3 m的块体组成的混凝土联锁排可以抵抗水流的冲击,保护海底电缆。     

Wave run-up and rundown on ACB Mats under granular and geotextile filters’ condition

Articulated concrete block mattress revetment (ACB Mats) is an appropriate revetment for shore protection and breakwater. ACB Mats act as an integrated and flexible revetment against waves. There is a necessary need of investigation due to the lack of exact ACB Mat design relations in the estimation of hydrodynamic processes including wave run-up and run-down parameters. In the present study, using proper laboratory equipment, run-up and run-down processes were investigated under irregular waves and also granular and geotextile filters’ conditions. In this study, wave run-up and run-down estimation relations in ACB Mat revetment with the open area were explored for the first time. As the obtained results showed, relative maximum wave run-up and rundown are desirable for all conditions. Using a geotextile layer under ABC Mat caused a 14% increase in relative wave run-up values compared to granular filter. Further, in the run-down process, geotextile filter caused a 40% decrease in relative wave run-down values. The intensive decrease in run-down value occurred due to the outflow rate of the water from inside the filter with delay during water attack toward downward, which can be effective on structure stability significantly and should be considered in designs.     

Fuzzy MCDM-based GIS model for subsea oil pipeline route optimization: An integrated approach

Proper pipeline route selection is an integral component of a typical oil exploration and transportation project. Improperly selected routes could have severe consequences including pipe failures, oil spillage, and environmental disasters. Consequently, technologies like geographic information systems (GIS) are increasingly being used to facilitate the oil pipeline route selection procedure—especially for onshore routing projects. Surprisingly, not much has been documented on the application of GIS to offshore pipeline routing. With recent discoveries on the merits of offshore oil exploration, it is necessary to extend the analytical capabilities of GIS to the unique offshore domain. However, concerns have been raised regarding the limitations of GIS in accurately prioritizing diverse selection criteria in typical multi-criteria decision-making (MCDM) problems like route selection. Consequently, this paper addresses the offshore/subsea pipeline routing constraint using a hybrid decision support system (DSS), which integrates a GIS and fuzzy logic-based approximate reasoning (AR) models for optimal performance. The resultant spatial decision support system (SDSS) was successfully applied to a case study in Malaysia. The AR algorithm calculated the significance level of the multiple criteria using various fuzzy linguistic variables and membership functions. The aggregated priority ranking from different pipeline routing experts showed that the overall influence of the environmental criteria (61.4%) significantly exceeded that of other equally important criteria in the study area. These rankings were inputted into the SDSS to simulate various probable routes. Final results accurately highlighted an optimal route, which places a premium on the protection of environmental features in the subsea study area—in alignment with the preferences of majority of the experts.     

A seismic design method for subsea pipelines against earthquake fault movement

As there are no specific guidelines on design of subsea pipelines crossing active seismic faults, methods for land buried pipelines have been applied to. Taking the large seismic fault movement into account, this paper proposes improved methods for seismic designs of subsea pipelines by comprehensively investigating the real constraining of soil on the pipelines, the interaction processes of soil with the pipeline, the plastic slippage of the soil, and the elastic-plastic properties of the pipeline materials. New formulas are given to calculate the length of transition section and its total elongation. These formulas are more reasonable in mechanism, and more practical for seismic design of subsea pipelines crossing active faults.     

海底管线保护电位遥测系统中PPM-PTC水声传输方式的设计

本文设计了PPM-PTC(脉位调制-脉冲周期编码)信息水声编码方式并将其运用于海底管线保护电位水声遥测系统中;介绍了PPM-PTC编码器的编码实现方法和工作原理;根据水声信道特性和保护电位遥测仪的特殊要求,设计和确定了主要传输参数,使仪器实现对水下管线腐蚀与保护电位的实时,可靠的测量。     

不同径厚比的海底管道压溃屈曲研究

为了探索不同径厚比海底管道的压溃屈曲特性,本文分别采用挪威船级社（Det Norske Veritas,DNV）规范、有限元模拟和深海压力舱模型试验,研究不同径厚比海底管道承载外部水压的能力,并就DNV规范压溃屈曲计算公式对不同径厚比管道的适用性进行了讨论,优化了小径厚比海底管道压溃屈曲的设计方法。研究表明：小径厚比管道的压溃屈曲临界压力对管道径厚比的变化更敏感;DNV规范计算小径厚比管道的压溃屈曲临界压力偏小,在进行深海管道的压溃屈曲设计时,建议采用模型试验结合有限元模拟的方法,计算管道实际可提供的压溃屈曲承载力。     

一种基于平稳小波变换的海底管线边缘检测方法

海底影像存在着对比度低、噪声污染严重、图像质量差等问题，采用传统算子的海底管线边缘图像中含有大量的无用和断裂边缘信息。文中将多尺度边缘检测和匹配跟踪相结合，提出利用平稳小波变换的海底管线边缘检测方法；在提取边缘的同时利用匹配跟踪手段对噪声干扰进行抑制，提高图像目标边缘检测质量。通过对海底管线和测试图像边缘检测实验表明，文中所提出的方法在抑制图像噪声的干扰、提高水下目标边缘完整性方面明显优于传统的边缘提取算子，证明该算法的有效性。     

渤南油气田海底管道内检测结果分析及评价

运用腐蚀分析的方法, 对渤南油气田海底管道的内检测结果进行了清出物分析、腐蚀规律分析及维修因子分析, 得出了管道的腐蚀规律和安全状况, 并提出了本条海管的运维建议。海底管道内检测结果腐蚀分析方法的应用, 是国内首次将这一办法系统地应用于海底管道内检测结果分析, 对于今后海底管道内检测的结果分析具有开创和借鉴意义。