海底管道淘空机理数值分析

对海底管道周围流场进行数值模拟,总结在不同管道裸露阶段的泥沙冲刷模式,探讨管线冲刷淘空的机理,并分析不同冲刷深度、流速和管径大小对冲刷淘空的影响。研究发现随着冲刷深度的增大,冲刷速度变慢,而管径和流速越大,冲刷强度越大。     

考虑波浪自由表面作用的海底管道局部泥沙冲刷数值研究

该文利用有限元方法,在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)观点下求解不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和泥沙输运方程,建立了可充分考虑波浪自由表面影响作用的海底管道局部冲刷数值分析模型。其中,流动的湍流效应通过SST k?ω模型进行模拟,波浪自由表面及底床变形通过动网格方法进行实时界面追踪,模型同时考虑了悬移质输沙和推移质输沙。通过与已发表研究成果的对比验证,该文所建立的模型具有良好的数值精度。在进一步考虑波浪自由表面效应的基础上,对海底管道局部冲刷问题开展了数值研究,考察了入射波高和波浪周期对局部冲刷以及管道受力的影响作用。该文所建立的数值模型是对以往长期采用简化的振荡流模型(忽略波浪自由表面效应)进行海底管道局部冲刷数值研究的重要发展。     

海洋平台立管系统底部局部冲刷试验研究

在海洋结构建筑物的安全性研究中,海底泥沙冲刷成为影响海洋平台立管系统疲劳损坏的一个重要因素。为了给海洋平台立管系统在海底泥沙段的设计提供参考,采用物理模型试验方法,对海洋平台立管系统在纯波浪作用和波流混合场作用下进行多组状况的试验研究。通过记录冲刷历时过程以及平衡冲刷深度,分析水深、波高、周期、恒定来流流速、立管-桩倾斜角度及泥沙中值粒径对海洋平台立管系统底部冲刷坑的影响。     

高含水期水驱状况影响因素数值模拟研究

提出冲刷倍数和注水倍数的概念,利用数值模拟技术对高含水油田水驱状况影响因素进行了研究。分析了胜利油田孤东七区高含水油田韵律性、冲刷倍数、注水倍数对水驱状况的影响。研究表明,反韵律油层由于渗透率分布有利于注入水向下流动,导致水驱开发效果好于正韵律油层;油层冲刷倍数越大,剩余油分布越小,水驱开发效果越好;注水倍数在油田开发初期对采出程度影响很大,但在高含水期通过提高注水倍数来增加采出程度的效果不明显。针对试验区已进入高含水期的现状,结合水驱状况因素分析,提出了区块剩余油挖潜措施,经数值模拟表明能有效提高油田开发效果。     

均匀来流中承台相对埋深对复合桩 墩局部水动力及冲刷的影响

桩墩冲刷是海上建筑物安全的最大威胁之一。随着“主墩 承台 群桩”式复合桩墩的广泛运用,承台埋深对 其局部水动力及冲刷的影响尚有待研究。本文基于水动力和泥沙输运模块,构造了均匀来流中具有不同埋深承台 的复合桩墩水动力及泥沙运动的三维数值模型,并利用水槽试验进行验证。在此基础上,对均匀来流中不同承台 相对埋深下桩墩的局部冲刷进行了模拟。结果表明,复合桩墩附近在来流初始时刻的床面最大切应力及最大冲刷 深度随承台相对埋深的增大呈“马鞍型”变化趋势;当相对埋深为1.5时,冲刷深度达到极大值,相对埋深为-1.0 时达到极小值,此时的承台发挥类似护圈的缓冲效用。建议在冲刷剧烈时将复合桩墩的承台上表面埋设在原床面 以下,以减少冲刷程度和防护成本。     

冀东油田滩海仿生草冲淤作用模型试验研究

结合冀东油田海底管道仿生草防冲刷试验工程,采用1:10比尺进行水槽断面物理模型试验,研究水流作用下冀东油田滩海区域仿生草的缓流效果和仿生草周边泥沙冲淤变化规律。试验结果表明,水流作用下仿生草倒伏后起到屏蔽作用,使草段内流速大幅减小,草段上部流速增大。当水流流速较小,草段内速度较小,难以发生淤积;当水流流速较大,海床发生普遍冲刷时,草段内海床冲刷程度也远小于草段外海床。     

仿生水草在海底管道悬空防护中的应用

海洋构筑物的海底防冲刷是海洋工程亟需解决的问题。文章阐述了仿生水草海底防冲刷技术,该技术基于海洋仿生学原理,通过仿生水草对海流的黏滞阻尼作用,降低海流流速,促进泥沙淤积,从而解决了海底管道等构筑物的悬空、淘空等问题。该技术应用于埕岛油田海底管道悬空治理具有明显的促淤埋管效果,为河流及海底管道的悬空防护提供了新途径。     

埕岛油田海底管道路由复测技术分析与布控

关系整个埕岛海上油田生产命脉的输油(气)管道分布在海上石油的产区基本上处于较强侵蚀冲刷区,致使海区地形地貌复杂多变,海底管道电缆出露于海底,甚至海管电缆悬空现象大范围存在此区间内。因此,需要通过浅地层调查和工程地质钻探,确定目前海管、海缆路由地质特征,结合其它历史资料对这些海管、海缆进行安全评估。本文通过对利用水深测量系统对管道路由两侧水深情况进行水深测量;利用管线仪、侧扫声纳和磁力仪系统对海管位置、埋深进行探测;利用浅地层剖面探测系统对管道路由区浅表地层的状态进行探测;海管附近进行静力触探试验,分析地层厚度、岩土类别、地基土的承载力等参数的各类测绘技术进行阐述。     

海缆路由探测中浅地层剖面仪的现状及应用

浅地层剖面仪以其高效和经济性成为了海底地质情况和海缆路由的有力勘查手段。本文在介绍浅地层剖面仪工作原理及其技术发展历程的基础上,以实例展现了浅地层剖面仪的应用效果;通过调研阐述了国内外浅地层剖面仪的发展现状,着重论述了国外各大厂家的商品化Chirp和SES型浅地层剖面仪及其关键技术指标,对浅地层剖面仪在海缆探测中存在的...     

关于海管及海缆交越现象的探讨

随着我国海洋工程开发的不断深入,越来越多的海管和海缆交越敷设,文章对埕岛海区的海缆和海管的埋设状态及运动趋势进行了分析,结果表明,由于海缆的容重总是大于海管的容重,所以当海缆处于海管下方时,交越现象对海缆的正常运行没有影响,后敷设的海管与先敷设的海缆之间的净距将会一直满足规范要求,不会出现距离减小的现象。     

海底电缆在涡激振动下的疲劳寿命

针对悬空段海底电缆结构失稳、疲劳失效和使用寿命缩短等问题，基于洋流作用下海底电缆涡激振动机理，结合海底电缆结构特性，采用流体力学法建立适用于海底电缆的振动仿真模型，基于仿真模型研究洋流流速、电缆机械特性（截面、质量、自阻尼特性等）、悬空断长度等对海底电缆振动和疲劳损伤的影响，结合应变性疲劳曲线和雨流计数法，计算海底电缆的疲劳损伤，根据线性损伤累积理论得到海底电缆的疲劳寿命，分析海底电缆疲劳寿命的影响因素。结果表明，增大海底电缆的弹性模量和阻尼比、缩短电缆悬空段长度可有效延长海底电缆的疲劳寿命。     

基于Abaqus的梯形海床电缆铺设静态受力分析

采用Abaqus数值模拟方法建立海底电缆-海床数值模型，分析地形曲率半径对海底电缆静态受力特性的影响规律。结果显示：梯形海床坡顶处电缆出现应力集中现象，在相同曲率半径下，坡顶处电缆应力远大于坡脚，即在相同曲率半径下，电缆在海岭处的应力大于海沟；当曲率半径增大时，坡顶处电缆应力显著减小，其他位置电缆受力无明显变化。研究成果可为海底电缆铺设施工提供理论支持。     

J形保护管距海底泥面高度对海底电缆强度的影响

J形保护管为海底电缆提供外部保护,避免其在波浪海流载荷作用下产生较大的移动变形,但运营期海底局部冲刷改变了海底电缆出泥点位置,导致海底电缆发生悬空,影响其结构强度。应用OrcaFlex软件建立分析模型,针对不同局部冲刷深度和不同重现期下的环境参数,采用非线性时域方法对海底电缆的结构状态进行评估。经计算,海底电缆的最小弯曲半径是限值工况,出现在J形保护管喇叭口区域。当J形保护管距海底泥面高度由0.315 m变化至1.500 m时,1 a重现期的最小弯曲半径为3.106～3.526 m,波动范围为13.5%,100 a重现期的最小弯曲半径为2.835～3.123 m,波动范围为10.2%,海底电缆在百年一遇工况下更危险。     

阻流器对海底管道自埋效果的数值模拟分析

在杭州湾海底管道的埋设中应用自埋技术,取得了防止产生管跨和增加管道的稳定性的理想效果。鉴于此,介绍了海底管道埋设的自埋原理;用数值模拟的方法分析了有无阻流器2种情况下海水对管道冲刷产生的不同影响。通过对比发现,有阻流器的管道表面的压力系数在阻流器的两侧产生剧烈变化,沿水流方向由正值变为负值;升力系数变为负值;管道与海床间隙中水流的速度增大,从而使海床受到海水的剪应力也相应增大,海床易于受冲蚀,有利于实现海底管道自埋。     

井下伴热电缆导体集肤效应的有限元法分析

运用有限元法, 对交频井下伴热电缆导体内部的集肤效应现象进行了数值模拟和分析,比较直观地得出交频电缆中电流密度的分布特性, 以及交流电的不同频率对导体集肤深度的影响。在集肤效应作用下, 电缆导体内部的有效过流面积减小, 交流阻抗显著加大, 其发热量也很大,井下电缆伴热加热技术就是利用这一原理来加热原油的。通过数值模拟, 可以定量地说明电参数对加热效果的影响, 为稠油井井下电缆伴热技术中优化加热参数提供指导。     

海底悬跨管道地震作用下水动力模型的数值分析

提出地震作用下海底悬跨管道周围流场变化的计算方法,并基于海底悬跨管道水下振动台模型试验条件,建立有限元离散模型,开展试验工况的数值仿真计算,验证了海底悬跨管道地震作用下流体动力分析模型的可行性。并借鉴波流作用下海底管道水动力计算的Morison方程,开展了地震作用下水动力系数影响因素和规律的数值仿真研究。     

海底管线冲刷问题研究综述

综述国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法探索海底管线冲刷问题的成果,为该领域的进一步研究提供参考。     

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。     

海底管道立管系统弯管段流场分析——以胜利油田CB 306井组平台为例

以胜利油田CB 306井组平台为例,运用大涡模拟(LES)方法对海底管道立管系统弯管段周围流场进行了模拟分析,结果表明海流流速在立管两侧增大,在立管后方形成交替脱落的漩涡;立管后方形成的三维立涡成倒锥形,上部漩涡比下部漩涡先脱离立管;三维立涡底部海水对海底的剪切作用及对海底沉积物的提升作用最强,这也是海底冲淘作用不断加剧的根本原因.     

海底光电复合缆受坠物撞击损伤分析

针对海底电缆受坠物撞击后的安全性问题,基于耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL）方法模拟坠物撞击海底光电复合缆的动态过程,对比分析刚性底质和非刚性底质下海底光电复合缆铠装层和电缆芯的损伤情况,分析坠物大小、速度、质量和撞击角度对海底光电复合缆的损伤影响。结果表明：刚性底质下海底光电复合缆受到的损伤程度明显高于非刚性底质;铠装层是海底光电复合缆的主要承力构件,由铠装层的损伤变形可推断电缆芯的损伤变形;海底光电复合缆受坠物撞击的损伤程度随撞击速度和坠物质量的增大而增大;对于正方体坠物,当其撞击角度小于60°时,海底光电复合缆受坠物撞击的损伤程度随撞击角度的增大而增大。