东方气田海管悬跨段安全评估分析

从工程实际问题出发,利用实际测量资料,通过建立近底床悬跨海管的有限元模型,计算了不同底床形状下海管最大静挠度随海流流速变化的规律,对东方1-1气田某标段海管进行了安全评估．筛选出了危险悬跨段。这一计算结果对海管的防护维护工程实践具有切实的指导意义。     

悬跨海底电缆涡激振动特性及疲劳损伤分析

悬跨海底电缆作为细长柔性结构,在静力平衡状态下具有一定的垂度,在水流作用下的涡激振动特性与海底管线和海洋立管等结构也有很大的不同,其振动模态受垂跨比影响很大。通过物理模型试验开展了不同垂跨比下悬跨海缆的涡激振动和疲劳损伤特性研究。试验模型按照水弹性相似准则设计,试验中测量了不同流速下海缆模型产生涡激振动时的应变历时数据,采用模态分析法获得了模型涡激振动时的振动模态和振幅。分析了不同流速下海缆模型的振动模态、应变和疲劳损伤的变化和分布特征。试验结果表明：垂跨比显著影响了海缆的涡激振动模态和应变幅值大小。在本试验流速范围内,对一定长度的悬跨海缆模型,当垂跨比较大时,随着流速的增大,模型涡激振动的主响应振动依次出现反对称1阶和对称1阶模态;当垂跨比较小时,模型涡激振动的主响应模态依次出现反对称1阶和对称2阶模态。当涡激振动主响应模态为反对称1阶时,疲劳损伤最大值达到0. 1~0.7。     

海底管道裸露与悬跨维护方法研究

随着辽东湾浅海油气的开发,该海域海底管道的铺设增多。该区域受潮汐、河流等因素影响,海底管道可能出现裸露与悬跨现象,需要人为定期检测与维护。根据辽东湾海南8管道的检测结果,结合海底沉积物、水文等资料,分析了该海区冲刷机制和现今常用的海底管道裸露与悬跨的维护方法在该海域的适用性。     

基于频率响应法海底悬跨管涡激振动分析

基于挪威海洋技术研究所 (MARINTEK) 和挪威科技大学 (NTNU) 共同研发的VIVANA模型,编制了一个基于频率响应法的海底悬跨管道涡激振动预报程序,其计算结果与VIVANA符合得较好.应用所编制的程序分析在不同流速条件下海底悬跨管道的涡激振动响应及响应频率的特征,对不同悬跨长度、不同截面特征、具有简单边界的海底悬跨管道涡激振动响应和响应频率进行了计算,给出位移和应力沿管跨的分布及响应频率的变化规律.     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S—N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

考虑海床变形的裸露悬跨海底管道静力分析

针对裸露悬跨海底管道,考虑线弹性海床刚度,利用梁的小挠度理论,研究管道在自重作用下的变形和内力,推导给出了未脱离海床的管道段和悬跨管道段的变形和内力公式。在跨度较大的悬跨情况下,悬跨管道段较大的向下弯曲变形可能引起海床上管道脱离海床而翘起。建立管道翘起的判定准则,对于翘起情况推导相应的计算公式,通过算例给出翘起情况下管道的变形和内力。通过计算分析发现:工程上多数悬跨是翘起情况,没有翘起的计算公式只适应于跨度较小的悬跨管道。同时翘起情况下不同海床刚度对悬跨管道无量纲内力影响不大。     

海底泥流冲击悬跨管道拖曳力系数分析

海底滑坡是海洋油气工程最危险的地质灾害之一,直接影响海底管线运营安全。滑坡体失稳滑动过程中,由于海水掺和作用逐渐加速转变成快速滑动泥流,冲击海底悬跨管道。基于当前国际通用的计算流体动力学(CFD)方法,采用赫巴模型描述快速滑动泥流,计算分析海底滑坡冲击悬跨管道的受力特性,重点分析悬跨高度对管道法向拖曳力系数的影响。研究发现,管道法向拖曳力系数随悬跨高度的增长而增大,当达到某一悬跨高度时,管道拖曳力系数保持稳定。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的弯曲和振动特性

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式。基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式。讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型。     

基于遥感反演的莱州湾悬沙分布及其沉积动力分析

选用1986-2004年不同时期的LandsatTM/ETM+影像,利用2004年黄河口附近实测数据推导的表层悬浮泥沙浓度反演模型,结合水文气象资料、多年水深数据和极端天气数模结果,研究了莱州湾西南近岸海域表层悬浮泥沙分布特征,结果表明,受黄河丰枯水期的影响,莱州湾西南部海域悬浮泥沙高浓度区主要分布于黄河口附近海域和西南沿岸,其枯水期的覆盖范围一般大于丰水期的。受潮流高流速场控制,黄河口外悬沙浓度高值区与海底泥沙堆积区对应较好,泥沙主要来源于陆源输沙和泥沙再悬浮;在西南近岸浅海区悬沙浓度高值区主要形成于泥沙的再悬浮,在近岸出现轻微冲刷。风等其他海洋动力因素,一般情况下对悬浮泥沙扩散的程度和范围具有一定的影响作用,但悬沙受潮流场影响而形成的总体扩散趋势未发生改变;极端条件下,风暴潮流使莱州湾西南部近岸浅海区的悬浮泥沙浓度显著增加。     

侧扫声呐探测原理及其在海管悬空治理检测中的应用

根据悬空海底管线治理后的水下结构特点,主要可分为非透空式和透空式两类,其在侧扫声呐探测图像上有着各自不同的反射特征,据此原理可采用侧扫声呐探测方法进行悬空海管治理效果的检测与评估。通过对实际工程中不同治理方式下悬空海管的声呐探测图谱进行总结与分析,揭示了采用侧扫声呐进行悬空海管治理检测的声学解译方法及应用效果。悬空海管在治理前,管线下方与海底面之间的空隙反映到声呐图谱上,表现为管线强反射与声学阴影区之间存在海底面透空反射。如果采用"拋填砂袋结合覆盖层"等非透空式方法治理,由于空隙被填充,声呐图谱上的透空反射会消失,且管线强反射图像会粗化,呈现颗粒状;如果采用"水下短桩支撑"等透空式方法治理,在声呐图谱上只是增加了水下短桩的反射特征,而声学透空反射仍然存在。     

BZ19—4海底混输管网优化算法探讨

以海洋油气开发工程为实例,利用HYSYS和PIPEFLOW软件,分析了影响海底混输管网计算的若干因素,指出了HYSYS和PIPEFLOW的适用条件,最终确立了海底混输管网优化算法,提高计算效率。     

荔湾3-1外输海底管道中落管抛石技术

落管抛石是进行深水抛石的一种工程技术,可作为保证管道稳定性、处理悬跨、抑制隆起屈曲和进行跨越支撑的工程解决方案。系统研究了抛石在波流作用下的稳定性,落石对管道冲击的影响以及施工技术。针对南海环境条件下的抛石稳定理论进行了修正;分析了三层聚丙烯涂层管道在落石冲击下的可接受抛石粒径;提出同时结合石块稳定性结果和管道抗冲击性能要求下的石料分级的方法;最后,对该技术在荔湾3-1外输海底管道的工程应用进行详细阐述。     

基于CFD-DEM方法对海底管道床面冲刷的研究

采用计算流体力学—离散元耦合方法（CFD-DEM）模拟海底管道床面的冲刷过程。经过模型验证,该方法的计算结果与前人的研究具有较好的一致性,证明其可以应用于海底管道周围的冲刷模拟计算。冲刷初期的结果增强了目前对启动阶段粒子运动机理的理解,即管前后压力梯度造成的渗流作用导致粒子运动。对完整冲刷过程的模拟中,发现冲刷分为冲刷启动阶段、间隙冲刷阶段和尾迹冲刷阶段。间隙冲刷阶段管道下方粒子具有较大速度,冲刷坑快速向下方发展。进入尾迹冲刷阶段后,管道后方出现周期性脱落的涡旋,沙丘上的粒子速度更大。同时利用DEM更具直观性的独特优势,首次得到了14个典型位置处颗粒的运动轨迹和运动速度,对于理解冲刷过程中粒子的运动情况具有较大帮助。     

椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究

海底管道在制造、埋设以及使用过程中极易产生椭圆度-凹坑双缺陷,双缺陷影响管道局部屈曲,对含椭圆度-凹坑双缺陷海底管道的局部屈曲特性研究十分必要。现行规范中采用等效椭圆度对含椭圆度-凹坑海底管道进行评估,该方法无法准确评估不同缺陷形式的屈曲特性。采用形状系数对含椭圆度-凹坑双缺陷的海底管道进行评估,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并进行试验验证。在此基础上对含有不同凹坑深度、不同椭圆度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,计算不同形状椭圆度、含有不同凹坑深度海底管道的形状系数,对其进行敏感性分析。计算结果表明:形状系数对海底管道椭圆度、凹坑深度、径厚比敏感性较强;对凹坑宽度敏感性较弱。     

从内检测结果谈细节对海底管道服役性能的影响

对某海底管道实施了漏磁原理腐蚀缺陷内检测, 检测结果表明, 该管道2 km 范围内存在腐蚀深度比较大的管道外壁腐蚀缺陷。为了弄清楚这种腐蚀发生的原因, 参照管道预制工艺条件和海上铺设施工记录等资料, 研究了腐蚀缺陷的位置、形貌等现象的规律。研究表明, 管道预制和铺设过程中的细节处理导致管道防腐蚀涂层和防水层产生轻微缺陷, 在服役后诱发了腐蚀。根据结论, 对管道设计、预制和铺设过程提出了相应的建议。     

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。     

海底管道维修管卡密封结构的性能分析及测试

密封压力是带压堵漏维修管卡的关键性能。介绍了323.9 mm(API 12英寸)维修管卡样机的总体结构及密封原理,选用接触压力准则作为管卡的密封评价准则,利用ANSYS Workbench软件建立了管卡密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了密封结构闭环中薄弱部分在不同密封圈压缩量下的接触压力,然后试验测试了管卡样机密封圈压缩量和密封压力,并与有限元计算接触压力进行了对比。分析结果表明管卡密封结构最薄弱部分的接触压力随着周向密封圈压缩量的增大而增大,且主要是中间接触部分起到密封作用。通过试验验证了理论分析的管卡密封结构最薄弱位置,并发现相同密封圈压缩量下试验测试的密封压力与计算的接触压力近似,两者的变化趋势基本一致。有关分析思路和试验方法可以为管卡密封结构的设计提供重要参考。     

轴线倾斜海底管道冲刷速率试验研究

通过物理模型试验研究水流作用下轴线倾斜海底管道的三维局部冲刷问题。利用超声波探头监测管道下部冲刷沿管轴线方向的扩展过程,分析海底管道三维局部冲刷的动态发展机理。由模型沙的冲蚀试验,建立沙床面剪切应力与泥沙表观侵蚀速率之间的关系式,并引入经验公式对沙床面剪切应力放大系数、泥沙表观侵蚀速率以及远场床面剪切应力之间的关系进行表达。由倾斜管道模型试验,在分析冲刷扩展位置随时间变化数据的基础上,结合上述经验公式以及沙床面剪切应力放大系数与管道埋深的关系,建立轴线倾斜海底管道冲刷扩展速率的预测公式。     

西非深水海底管道沉降分析

基于西非深海安哥拉32区块KAOMBO油田实际工程,对海底管道沉降进行了理论分析和数值计算,考虑了极浅层土力学参数的不确定性,认为土体不排水抗剪强度对管道沉降的影响不可忽视,随着土体强度的增加,管道沉降量呈指数衰减,当土体强度达到2.0 k Pa时,管道沉降量趋于一致。同时考虑了管道安装过程中纵横向摆动对管道沉降的影响,引入了动力系数,考虑管道触泥点处应力集中产生的附加沉降,荷载集中系数随管道弯曲刚度和土壤刚度增加而增加,随铺设张力的增加而减小,并区分"轻""重"管道进行了沉降分析,结果与几内亚湾和安哥拉海域实际工程和现场实际观测数据相符。     

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.