管卡位置对海管立管的敏感性分析

以海洋平台海管立管为研究对象,考虑实际海况和立管实际结构特点,研究多层立管之间及多层立管与平台之间的受力耦合作用。通过有限元分析软件,建立具有典型代表性的海洋多层立管数值模型。针对管卡位置对海管立管的结构影响,基于管卡位置对海管立管的结构强度和疲劳寿命进行分析。根据分析结果,对管卡的安装位置进行优化,为现场作业提供理论指导,进一步为海上工程设计和施工提供科学依据和安全保障。

深海采矿提升硬管受力特性影响因素敏感性分析

管道提升式深海采矿系统已逐渐成为深海采矿的主流系统,其系统中提升硬管流固耦合力学特性的分析成为深海矿产开发的关键问题。以适用于6 000 m水深深海采矿系统的提升硬管为研究对象,建立包括采矿船、提升硬管、提升泵与中继站等的全系统耦合模型,对硬管运动响应进行时域分析,研究不规则波引起的船舶运动以及水动力作用、海流以及浪流耦合作用对于提升硬管力学性能的影响和各影响因素的敏感性分析。结果表明管系受轴向张力为主,采矿船在波浪影响下的大幅运动将增加张力变化范围,改变管系受力特性,是影响管系受力特性最关键的因素。

深海采矿柔性管力学性能及加工工艺研究综述

海洋蕴藏着储量丰富的矿产资源,深海矿产资源开发逐渐成为学术界和工程界的研究热点。管道提升式开采方案是目前公认的最具商业前景的海洋矿产开发方案。矿产输运管道作为连接海底中继舱和海上采矿平台的纽带,需要承受恶劣的风、浪、流环境载荷和复杂作业工况的工作载荷,其设计制造和力学性能分析一直备受关注。相比于刚性管道,柔性管道的弯曲刚度小、便于安装与回收、使用寿命较长。然而,柔性管道的结构复杂,各层之间相互影响,金属柔性管道由于自身结构的限制,在深海采矿行业中难以广泛应用,人们开始把目光放在非金属柔性管的设计与应用上。本文回顾了柔性管的发展历程,总结阐述了柔性管设计及加工制造中的力学性能分析方法和力学特性,并对柔性管设计制造的未来发展提供力所能及的展望。

新型深海风机钢管桩基础安装用导向架结构优化

为解决水深45.000 m深海风机钢管桩基础安装作业可靠性差和精度低等问题,对一种新型深海风机钢管桩基础安装用导向架进行结构优化。采用有限元法(Finite Element Method, FEM)与试验相结合的方法,从环境参数与作用载荷、结构形式、作业工况和结构强度与结构稳定性等方面对导向架进行综合研究。经海试验证,优化的导向架的打桩精度与打桩高效性均满足技术指标要求,可大幅提高深海风机钢管桩基础安装作业速度和质量。

深海取水管在内外流作用下的动力性能

深海取水管道是一种大长细比、高内流流速的悬垂吸液管道,模拟取水管的真实工作状态,研究在内外流作用下的管道动力性能十分必要。基于小尺度模型试验,研究内外流对管道的动力特性影响。结果表明:大部分工况下,内外流共同作用引起的管道振动幅度和频率主要受外流影响;内外流共同作用下,内流流速增加会导致位移振动主频略微降低,顶部张力增加,管道应变响应减小,但其对振动的应变主导阶数影响较小;管道顶部连接方式、底部配重、浸没水深都会影响管道在内外流作用下的涡激振动特性,即顶部铰接相较于固定连接更容易激发管道涡激振动横流向的高阶模态振动,底部配重在小外流流速下会使管道振动幅值降低,在大外流流速下会使管道振动幅值增大,激发横流向高阶主导频率跃迁,浸没水深增加会使管道振动主导频率降低。研究成果可为实际工程项目中深海取水管的设计提供参考依据。

强迫振动下垂直管道固液两相流数值模拟研究

粗颗粒固液两相流的管道输运适用于深海采矿工程.扬矿管道在流致振动作用下的内部固液两相流的输运机理尚未被完全探究.因此,采用计算流体动力学(CFD)与离散元(DEM)耦合的方法,分析不同粒径、不同振动频率与振幅和不同浓度工况下在强迫振动管道中的粗颗粒动力学特性以及管内流场变化特性.其中,将管道的振动简化为一维径向振动,将实际工况中的柔性管道假定为刚体管道.研究表明,在管道振动过程中,大颗粒相比小颗粒的惯性更大,而流体也需要更大的速度产生更大的曳力推动大颗粒,导致更大的轴向流场速度以及更大的轴向颗粒速度.随着粒径增大,大颗粒对流场的扰动更大,导致流体与壁面间的作用力更大;并且大颗粒与壁面间的碰撞和摩擦作用力更大,因此壁面剪应力增大.同时,大颗粒与流体间摩擦损耗的能量也更大.因此管道需要更大的能量将其输运,导致振动管道内的压降增加.增大管道振动频率与振幅会导致颗粒在截面上的分布更加分散,同时对流场扰动更大,然而对轴向流场速度的影响相对较小.增大进料浓度使颗粒间、颗粒与流场间的作用更加频繁,导致颗粒分布发生变化,并导致更大的轴向流场速度和湍动能.

低液量工况下海管滞球的解决措施

海管通球作业是清除海管内杂质、保护海管和提高输送效率的重要措施。随着油田开发生产,产液量下降是必然趋势,低液量工况下通球易导致海管滞球。为解决清管球滞留在海管内部的难题,通过上游平台蓄液,该方法成功消除了油田的滞留球隐患。这为后期油田产液量下降情况下实施海管通球提供了经验,同时对其他油田开发后期的海管通球作业具有示范意义。

某在建工程中深海域排海管施工技术分析

随着经济快速发展和环保意识的加强,海滨城市工业园区处理后达标水排海需求凸显。本文以北海市铁山港工业区A5深海排放管工程为例,详细介绍了深海域排海管工程中的管道吊装、盲板拆除、管道托运和管道安装及对接的施工工艺技术。在本工程的施工过程中,各个环节实施顺利,质量可控,解决了本工程中深水海域部分排海管道施工难题,可为后续类似工程提供参考。

某污水处理厂尾水排海工程设计探讨

介绍了尾水排海工程的设计方案,包括排放方案、扩散器设计、警戒装置及标识设计,探讨了排海管管材选取、防腐设计及排海管的施工方式。设计采用I型+T型组合式扩散器、上升管顶部设置多个喷口、管道外防腐采用3PE防腐涂层加阴极保护等技术措施,对水保护的环境起到重要作用。

江苏省某达标尾水排海工程设计与关键技术施工研究

随着我国沿海经济蓬勃发展以及国内环保意识的提高,沿海城市处理后达标尾水深海排放的需求日益增加。本文以江苏省某达标尾水排海工程为例,详细介绍了关键技术的设计与施工方案,包括陆域调压泵站、管线路由比选、顶管工作井、顶管接收井、陆域顶管、海域管道敷设等内容。本工程已竣工投用,管道运营情况良好。该工程具有良好的经济及社会效益,可为其他类似工程提供借鉴。

新建投运海管缓蚀剂效果评价研究

本文针对南海西部某新建投运海管开展全面的缓蚀剂效果评价,从自腐蚀性、水溶性、乳化倾向、高温高压动态评价、电化学测试和残余浓度分析多方面研究该缓蚀剂的应用效果,实验结果表面该缓蚀剂质量优秀在现场工况下缓蚀率达到85%以上,满足行业标准和现场的使用需求。

底拖与定向钻组合技术在海底输水管道铺设中的应用及优化

为保障输水管道在海底铺设过程中可以顺利实施,以洞头陆域引调水工程一期大门岛至鹿西岛海底铺管为例,针对该工程中管道铺设距离长、埋深深度不一、通航条件较为复杂、铺设区存在各类海底光(电)缆等问题,采用底拖与定向钻组合的施工工艺进行海底铺管,在通航影响范围以外使用底拖法铺管,在通航区域内采用定向钻工艺进行海底铺管,本工艺可提高海底管道铺设的效率与安全。同时,对管道配重工序进行工艺优化,通过比选最终选定以增加管道壁厚为本工程的配重方案,既提高了管道的耐腐蚀性能,施工成本也得到了有效的控制。

某型LNG船惰气发生器排海水管安装布置探讨

针对某型液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船的惰气发生器安装位置错误造成的排海水管系进出口压差较小,导致惰气发生器喷淋塔内积水的问题,对惰气发生器排海水管的泄放能力进行计算,并对气发生器排海水口的位置和喷淋器出水管管径进行优化。研究表明:该优化方案不仅能有效解决惰气发生器喷淋塔内积水的问题,还能实现最小设计修改量。研究成果可为惰气发生器排海水管的安装布置提供一定参考。

反渗透钻井液体系的研究及其在东海的实践应用

东海地区存在大段砂泥岩互层,泥岩极易水化膨胀,伴随微裂缝发育,在钻井过程中极易发生起下钻遇阻和憋扭矩,甚至井壁失稳等复杂情况。考虑海上环保问题,油基钻井液使用受限,为解决东海钻井井壁失稳难题,通过借鉴油基钻井液活度平衡和半透膜理论,采用高浓度盐降低了体系的活度,同时增强体系的抑制性以及微纳米封堵技术,有效延缓压力和滤液的传递。通过性能对比评价,最终研发出一套与油基钻井液性能接近的反渗透钻井液体系,该体系现场应用结果表明,其在钻井过程中性能稳定,钻屑规则,井壁稳定,基本实现了直接起下钻,降低了东海地区泥岩地层的井壁失稳频次。

Design and Strength Analysis of A Spherical Connector for Lifting Subsystem in Deep Sea Mining System

A flexible connector of lifting pipes in a deep sea mining system is designed. The buttress thread （ based on API standard） is used and foreign experience in connector design is referred to. With this kind of connector, the lifting pipe wiU only bear the axial force, free of moment. The strength of the connector is analyzed in detail, including the connecting strength of the buttress thread, the dynamic load of the pipe system, pressures inside and outside of the pipe, the lateral stress of the pipe wall and so on. Especially, a geometric model is built for 3-D contact stress analysis. The distribution graph of contact stress is presented. It is indicated that the strength of the spherical connector meets the demand.

深海采矿水下输送系统提升硬管选型及水动力校核研究

为了研究深海采矿水下输送系统提升硬管选型设计的可靠性,以输送指标为设计输入,通过水动力学进行校核,根据多金属结核沉降速度确定提升硬管选用外径244.48 mm的P110钢级抗疲劳螺纹连接套管(壁厚20.24 mm),水池拖曳试验结果表明提升电泵上端硬管阻力系数为1.4,提升电泵下端硬管阻力系数为1.3。对水下输送系统按作业工况和布放工况分别进行水动力学计算,在海试作业环境下提升硬管安全系数满足API RP 2RD规范要求。在深海多金属结核采矿试验工程海上验收试验中,提升硬管满足各项输送指标要求,各接口间连接可靠,验证了提升硬管选型设计的合理性。

深海J型铺设双层管动力响应影响分析

双层管结构是深海油气输运最为有效的方式之一。本文建立深海J型铺设双层管整体力学模型,充分考虑内外管耦合连接以及外管与海床土的动力相互作用,通过对比验证数值模型的有效性;在深海环境随机波浪、海流和铺管船运动共同作用下进行J型铺设双层管整体动力响应分析,得到双层管外管和内管的动力响应特性,进一步探究扶正器刚度、外管和内管径厚比对双层管受力与变形响应的影响。结果表明:扶正器刚度的增大导致外管与内管张力响应幅值比值显著增大,外管和内管径厚比对相应张力、弯矩、应力和应变响应幅值的比值也有较大影响。分析结果可为深海J型铺设双层管设计与施工提供理论依据。

基于CEL有限元法的大管径钢管桩贯入海基过程的承载力分析

鉴于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)有限元方法在计算分析接触大变形问题时的优势,建立了大管径钢管桩贯入海基的CEL有限元模型,即在被贯入的海基层采用欧拉有限元法建模,其它层采用拉格朗日有限元法建模,两者之间通过罚函数的接触算法进行耦合.在欧拉有限元模型中,采用算子分裂技术.为兼顾计算模型的精度和效率,本文先对模型的网格密度和贯入速度进行稳定性分析,以此确定合适的网格模型和适宜的贯入速度,同时验证CEL方法在贯入模拟中的可行性.随后针对不同土体类型和不同土体参数变化,探究土体贯入阻力随贯入深度的变化规律.计算结果表明砂土的贯入阻力最大,粉砂土次之,粘土的贯入阻力最小;且贯入阻力对土体内摩擦角的变化最为敏感,对土体粘聚力的变化比较敏感,而对土体模量的变化不敏感.

东海凝析气层一体化测试管柱井下PVT取样技术

钢丝作业取井下PVT样品方式在海上凝析气层测试中存在用时长、圈闭易失效、安全风险高等问题。根据TCP+APR一体化管柱特点,将SPS保压单相取样枪及其托筒连接在测试管串上一并入井,通过控制环空压力激发取样枪并圈闭井下流体样品。该技术性能稳定,取样成功率高,样品质量可以满足油气藏评价要求,测试作业效率及安全性明显提升。以东海某勘探区为例,5年内共进行了13井次应用,取样成功率100%,累计节约作业时间超200 h。海上勘探油气藏类型越来越复杂,成本控制和高质量勘探要求下,一体化测试管柱井下PVT取样技术具有重要的现实推广意义。

深海采矿中继站底部Y形管流动状态研究

针对深海采矿泵管输送试验系统中Y形管内流场复杂和矿石泄露风险等问题,采用CFD-DEM方法,对不同速度、不同体积浓度和不同粒径的矿石颗粒进行数值模拟计算,分析了Y形管内颗粒群的运动特性和流场分布规律。结果表明,Y形管内流场分布受弯管曲率和Y形管入口流量分配影响;颗粒群在弯管内贴壁流动,受到上升流作用后颗粒向上偏移;当上升流流速不足、颗粒体积浓度高及颗粒粒径较大时,会造成颗粒沿着底部管道流失,随着上升流速减小、颗粒体积浓度增大及颗粒粒径增大,颗粒通过底部管道流失不断增大;颗粒流的存在导致Y形管内低压漩涡区强度和尺度均减弱。