新型深水立管提升系统设计及展望

描述了深水油气开发中立管安装工艺、关键技术和分析方法。针对S型铺管船进行立管安装时存在的托管架难以靠近平台、张力转化复杂,水下操作多等难题,设计了一套全新的深水立管提升系统。该系统适用于1 500~3 000m水深处钢质悬链线立管(SCR)的安装,实现了S型铺管船在铺管完成后即能直接进行安装立管,减少了大型船舶的动复员,有效节约了成本。另外,这套深水立管提升系统通过改进也可用于安装其他管道上的结构物。     

顶部张紧式立管强度设计分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,提出新的管中管结构的等效方法。通过分析立管结构的受力控制方程,得到立管受力分析的主要影响参数,按照轴向刚度、抗弯刚度、立管湿重和液体湿重等效原则,实现立管力学性质的等效。使用Orca Flex软件非线性时域分析立管遭受的四种典型工况,分别获得张力和弯矩,依据管中管结构外管和内管的刚度在等效模型中占的比例进行分配,根据API规范确定管中管结构外管和内管的应力,得到TTR四种工况下的强度分析结果,认为在半潜平台下,TTR强度满足设计要求。     

深海钢悬链线立管（SCR）安装强度分析

在研究深水钢悬链立管（SCR）安装方法基础上,结合实际工程安装经验,提出了深水SCR在J-lay这种铺管方式下的安装方案,应用专业立管安装分析软件Orcaflex对各个安装过程进行实例分析,对安装过程中立管的安装强度进行校核。     

深水开发中的SCR立管系统

钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用.阐述了SCR立管的关键技术问题:立管与浮式结构的界面、静态结构设计、立管之间的干扰分析、动力学分析、疲劳分析及安装分析,介绍了SCR立管的主要设计规范和软件.展望了SCR立管在我国深水开发中的应用前景.     

基于顶部张紧式立管动力分析的关键参数研究

文中提出了一种适用于工作于南中国海张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),并利用有限元软件ABAQUS/AQUA对该立管进行了模拟分析,计算用以预测立管波浪飞溅区和立管下部区域在波浪以及平台联合作用下的影响。计算时采取时域计算方法,计算过程中考虑了几何非线性的影响。并在计算完成TTR在位动力分析的基础之上,做了一定量的参数敏感性分析,重点考察立管侧向位移,弯矩以及等效应力水平对TTR一些重要参数的敏感性。结果表明,计算顶张力TTR动力分析时,必须考虑平台侧向位移跟轴向位移的耦合作用,立管响应受其顶部TLP平台以及张力比TTF的影响较大。随着立管顶部张力比TTF的增加,立管的变形逐渐变小,但顶部张力的增加同时增加了立管内部的等效应力,立管设计时应充分考虑到这两者之间的"平衡"关系。     

深水双管系整体安装技术探索

为了在已有平台新增立管,需要通过管卡将立管连接到导管架上.在崖城13-1油气田已有平台新增立管安装过程中,摒弃传统的管卡,立管分步安装的安装方案,大胆采用富有创新性的“管卡一体,整体安装”的安装方案,成功将立管安装至导管架上.采用“管卡一体,整体安装”的方案,不但有效解决了立管卡子安装同心度难以保证的问题,简化了海上作业步骤,极大地提高了海上作业效率,缩短了施工时间,降低了工程费用.     

顶部张紧式立管干涉分析

顶部张紧式立管（TTR）是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500米水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,使用ORCAFLEX软件建立TTR的干涉分析非线性时域分析模型,基于Huse尾流模型,分析了浪流方向为0°,45°,90°,135°和180°的100年一遇环境载荷下的立管间距。结果表明,浪流方向为0°时立管最小间距小于TTR最大外径之和,发生干涉,其他方向不发生干涉。TTR为阵列式设计的立管群,应当从多方面因素考虑以避免干涉发生的危险,合理安排立管间距、调整TTF等措施可以有效减小干涉发生的可能。     

南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

深水钢悬链线立管(SCR)安装分析研究

海管(立管)是海底生产系统和浮武装置之间的关键连接.随着海洋油气开发水深的不断增加,对海管(立管)自身以及辅助施工设备的性能都提出了更高要求,施工及正常作业的安全保证愈加重要.基于立管分析软件Orcaflex,针对项目中的SCR立管进行了安装分析,并依据规范进行应力、应变校核,可为深水安装分析及方案的确定提供一定的技术参考和理论支持.     

深水半潜式起重船J-Lay系统布置研究

为适应多功能作业需求,大型深水半潜式起重船往往配备J型铺管系统。由于起重船吊机占有很大甲板面积和重量,J型铺管系统的布置对结构强度、船舶稳性等都有较大影响。通过对国际上已有深水半潜式起重船J-lay系统的布置方案进行对比分析,提出了深水半潜式起重船J-Lay系统布置的优选方案。     

深水钢悬链立管弃管回收技术研究

阐述深水钢悬链立管安装中的弃管回收工艺,采用理论分析和数值分析相结合的方法,对深水钢悬链立管安装中的弃管回收进行分析.基于经典悬链线理论,编制钢悬链立管弃管回收分析软件SCRCOV,针对1500m水深和10 in SCR制定弃管回收方案,经商业软件ORCAFLEX验证,自编软件计算结果是准确的.     

深水半潜式生产平台建造精度控制要点

南海某深水半潜式生产平台有着超大跨距的桁架式上部组块以及带立柱储油功能的下部船体，其大跨距、超高度的典型特点给深水半潜式平台整体建造精度控制带来极大挑战。通过制定整体的精度策划方案，重点对总装搭载、立柱顶部支撑管、插尖导向等关键位置进行精度控制方法研究，对环境温度、焊接收缩等影响精度的数据进行收集、分析，进而调整优化精度控制方案，形成一整套适用于深水半潜式生产平台建造精度控制的技术方法，保证深水半潜式生产平台建造精度满足设计要求，为上部组块与下部浮体大合龙的顺利完成奠定基础。     

深水钢悬链立管安装设计分析

钢悬链立管在墨西哥海域、西非等地深海油气田开发中,得到了广泛的应用。基于钢悬链立管的S型铺设,将钢悬链立管的整个安装过程分成三个不同阶段:立管铺设阶段、立管提升阶段以及立管移管阶段。结合实际深水工程案例,应用Orcaflex对钢悬链立管整个安装过程做动态分析,校核钢悬链立管在整个安装过程中的强度。     

柔性立管构型比选及目标油田构型推荐

柔性立管是一种重要的立管形式，由于其在恶劣环境条件下具有优越的性能在海洋油气田开发中得到广泛应用。针对目前主要应用的立管构型进行介绍，并进行了深入对比分析。依托某油田开发方案设计，基于集中质量模型，利用Orcaflex 软件建模，对不同立管构型进行时域动态分析，得出立管最大有效张力、最小有效张力以及最小弯曲半径等数据，推荐适应目标油田的立管构型。     

塔式立管涡激疲劳损伤敏感参数研究

针对西非海域的塔式立管,考虑沿水深变化的不同流速截面,分析塔式立管在不同参数下的涡激振动响应及疲劳损伤沿管分布,讨论立管顶部张力、管内流体密度、立管外径、立管壁厚和SHEAR7能量阈值等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示,由于制造和安装误差等因素导致这些参数的改变,对结构的涡激振动疲劳损伤影响显著,应该在工程设计中引起注意.     

深水半潜式平台系泊系统设计研究

随着海洋平台逐步向更深水域的发展,系泊系统设计成了深海平台开发的关键问题之一.该文主要采用时域计算方法对系泊系统进行动力响应分析,给出了深水半潜式平台系泊系统的基本设计方法,并对2 000m水深的半潜式平台系泊缆索进行了8根与12根锚链线的系泊方案的对比分析,结果表明系泊方式不同,锚泊线的张力,系统的运动响应都受到了一定程度的影响.     

海洋平台垂荡作用下立管的非线性涡激振动特性研究

立管是海洋工程中常用的一种典型细长体结构物，研究立管在海洋平台垂荡和内外流体共同作用下的非线性动力学特性具有重要的学术意义和应用价值。本文采用Hamilton原理和Galerkin方法建立了顶张力立管的二维非线性动力学模型，将平台垂荡运动模拟为随时间变化的顶端张力，研究海洋平台运动和立管非线性涡激振动的耦合位移响应。研究结果显示，增加顶张力可以改变结构的固有频率，在可变张力作用下，立管的位移响应在相邻模态之间可以相互转换。通过与已有实验数据进行对比，验证了本文分析方法和数值计算结果的合理性。本文研究结果可为海洋立管的非线性涡激振动分析提供理论参考。     

深水钢悬链线立管非线性动力分析

钢悬链线立管是近年来国内外发展起来的一种新型深水立管系统,由于成本低、对浮体运动有较大适应性,且耐高温高压环境而受到广泛关注。本文主要对钢悬链线立管的运动进行了时域模拟,采用三维集中质量法建立了深海立管模型,考虑重力、浮力、流体拖曳力、张力、惯性力、剪切、弯曲刚度及海床作用的影响。分别用Newton-Raphson和Newmark-β数值方法求解立管的静态、动态特性。主要分析了钢悬链线立管的构型、张力、剪力和弯矩特性,分析了系缆在顶端不同幅值不同频率激励下疲劳特征点的有效张力变化趋势,对比分析了剪切、弯曲刚度对钢悬链立管顶端张力产生的影响。     

深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析

根据我国南海、墨西哥湾和西非海域的流速沿深度方向的分布规律,利用涡激振动预报程序计算了立管在不同参数下的动力响应.在此基础上计算了立管沿长度方向涡激振动引起的疲劳损伤.分别讨论了立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示立管顶部预张力、管外流速分布、立管外径对疲劳损伤的影响非常明显,而管内流体密度和立管壁厚因其变化范围有限,对疲劳损伤的影响没有上述三个参数显著.     

立管卡子安装方法探讨

近年来,中国海洋石油工业发展迅猛。为了控制油田总体开发成本,新建的海上采油平台往往依托于原有平台的工艺处理和油气集输系统。这就需要铺设相应的海底管道和电缆,将新旧平台连接起来。海管和平台之间需要通过安装在导管架上的立管来连接,而用来固定立管的结构物一立管卡子的安装步骤是比较复杂的,通常需要动用大型浮吊船舶,成本高昂。本文系统地介绍了利用气动绞车安装立管卡子装方法。该方法可以不借助浮吊,有效地节约了工程成本。