卧底管-悬链线立管严重段塞流判定数学模型

随着油气开采不断向深海迈进,有必要对卧底管-悬链线立管中产生的严重段塞流现象进行深入研究。针对结构参数、生产参数多变的卧底管-悬链线立管集输系统,工程上缺少灵活、便捷、准确的判定严重段塞流产生的宏观理论模型。对卧底管采用分层流理论模型,着重考虑喷发阶段结束后的立管回流质量,结合漂移流速度模型,建立了卧底管-悬链线立管系统严重段塞流判定数学模型,将严重段塞流判定数学模型的判定结果与文献中的实验结果进行对比验证。结果表明,数学模型判定结果与实验结果吻合良好,可实现对卧底管-悬链线立管系统严重段塞流的产生进行宏观预判;同时对严重段塞流流型转换边界进行预测,分析了各流型间的转换特性。以现场卧底管-悬链线立管集输系统为例,预判某油田正常生产参数下将不会产生严重段塞流,并给出产生严重段塞流时的产液量及气液比范围。该模型的建立可为深海油气田开采过程中严重段塞流的宏观预判及预防提供理论依据,具有工程实际意义。

深海卧管-悬链线立管系统管内流动特性分析

为探究深海卧管-悬链线系统内立管管内流动特性,针对南海某油气田,通过数值模拟分析了管径、卧管入口处总流量、含水率(质量分数)和出口压力对管内流动特性参数的影响规律。结果表明,以管内流动状态发生转变的位置为界限,各影响因素对管内流动状态参数的影响表现出不同的变化规律,但是管内沿程温度分布基本不受相关因素的影响;4个因素对管内流动特性参数的影响存在明显的阶段性:管径的影响分为D=0.06~0.12 m和D=0.12~0.50 m两个阶段,卧管入口处总流量的影响分为Q=0.001~0.030 m3/s和Q=0.100~0.300 m3/s两个阶段,含水率的影响分为w=10%~25%和w=25%~30%两个阶段,出口压力的影响分为0~5.0、5.0~7.0 MPa和7.0~10.0 MPa三个阶段。

深水钢悬链线立管触地区疲劳实验系统设计

深水钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)触地区易发生疲劳破坏,且疲劳寿命预测问题是目前理论计算与数值分析的难点,通过实验能更好地促进理论和数值研究.因此在相关理论研究基础上,设计一套SCR触地区疲劳实验系统,模拟实际工作状况,考虑张力、弯曲、内外压与管土相互作用等因素的变化组合.该实验系统为以后开展深水立管疲劳实验、研究SCR触地区疲劳破坏机理以及准确预测SCR触地区的疲劳寿命奠定基础.

深水钢悬链线立管悬挂系统设计研究

本文主要对深水钢悬链线立管悬挂系统的工程设计方法进行研究,总结了两种主要的悬挂系统,柔性接头和锥形应力接头的特点,并重点对柔性接头系统的工程设计要求、界面设计以及对钢悬链线立管强度的影响进行研究,为深水钢悬链线立管的工程设计提供参考。

深海采矿系统悬链线立管动力响应分析

基于有限元模型,模拟、分析深海采矿系统悬链线立管在海流和水面船运动约束下的动力响应。结果表明:悬链线立管的最大等效应力和最大位移随时间呈周期性变化,且存在半个周期的相位差;当水面船运动到最高点时,悬链线立管位移达到最大值。悬链线立管最大等效应力和最大位移随水面船运动位移幅值的增加而增加,随运动周期的增加而减小。进一步对比发现,水面船运动位移和周期对立管等效应力的影响大于对其位移的影响。

钢悬链线立管触地区管-土相互作用试验研究

为研究浮体运动、海床刚度对立管顶端张力和触地区动力响应的影响,开发了一套小比尺钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)整体分析试验装置。以实际工作水深为900m的一根SCR为研究对象,模型缩尺为1:435。用异步电机在水平、竖向和转动方向施加位移,幅值为?50mm;模型管材料为硅胶,其顶端自由悬挂在位移施加端,相当于铰接;在触地区选择不同刚度的湿泡沫、干泡沫和玻璃模拟海床。通过试验得到立管触地区的运动响应和顶端张力的时程曲线。与Orcaflex的计算结果进行比较,吻合得较好。结果表明:激励运动的方向对立管触地区的运动幅值和顶张力的影响不大,而运动频率与海床刚度对它们的影响较大。

基于海床吸力和刚度衰减模型的深海钢悬链线立管动力响应分析

运用ABAQUS创建触地单元,将立管-海床作用的模拟简化为3种模型:线性刚度、线性截断、线性截断并考虑海床吸力和刚度衰减.将浮体垂向运动作为立管顶端边界输入,并对3种简化模型进行了计算比较.结果表明:考虑立管-海床分离以及吸力效应对计算结果的影响很大;考虑吸力效应时,在立管和海床分离的阶段会有较多的疲劳应力循环.第③类触地单元较好地反映了吸力的产生和释放过程,其包含的海床刚度衰减模型也给出了令人满意的结果.

钢悬链线立管与海床土体接触问题的ANSYS有限元分析

钢悬链线立管(SCR)与海床土体的接触问题对立管的疲劳寿命影响很大。运用ANSYS有限元软件中的接触单元模拟SCR与海床接触处的相互作用,考虑海床土体的非线性,建立SCR与海床系统有限元模型,并同已有的等价梁-弹簧模型进行了比较和验证。运用该模型进行计算分析,探讨了管道重量、土体模型和摩擦系数等对管道入土深度和弯矩的影响,为进一步研究SCR与海床的相互作用提供参考。

深水平台钢悬链线立管监测系统技术研究及应用

世界范围内,深水和超深水的油气勘探和开发活动正急剧增加,作为深水油气勘探和开发的钢悬链线立管结构有极大的应用前景,为保证油气勘探和生产活动的安全性,深水平台立管监测系统必不可少。本文以南海深水气田开发工程为背景,详细介绍深水平台钢悬链线立管监测系统的组成、特点以及分析监测技术的未来发展趋势。

基于非线性海床刚度模型的钢悬链线立管动力响应分析

基于P-y曲线模拟钢悬链线立管(SCR)-海床相互作用的力学行为,运用弹性地基梁模拟SCR流线段,研究海床刚度模型对SCR动力响应的影响。立管与海床的相互作用取决于土刚度、立管特性和沟槽的发展等诸多因素。现在的方法大多是将海床模拟为线性或非线性弹簧系统,而没有考虑土的塑性变形和吸力效应。运用P-y曲线模拟管-土相互作用过程,内容包括:①在浮体升沉运动和波浪载荷作用下,得到了管-土作用的荷载位移曲线、贯入深度和海床分布力的变化情况;②分析立管触地点的位移、弯矩、应力等动力响应特征,与线弹性海床模型进行了比较。研究表明,非线性海床土刚度模型较为准确地模拟了土的塑性变形和约束力对立管触地区动力响应的影响,弹性地基梁单元较好地模拟了立管的流线段,荷载位移曲线也体现了土吸力的产生和释放过程。

钢悬链线立管触地点区域管土动力相互作用分析

钢悬链线立管(SCR)与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大.运用ABAQUS软件模拟了不同沟槽形状时管道初次侵入土体,得到了土体的p-y曲线.考虑海床土体竖向非线性、沟槽侧向作用力和沟槽回填土的影响,建立了SCR与海床土体的有限元模型,进行了立管整体动力响应分析.结果表明:沟槽形状不同时,土体反力曲线不同,SCR动力响应不同;管土接触面积越大土体的竖向反作用力越大;沟槽土体的回填能减小触地点弯矩幅值,能够调整整个立管的弯矩分布,从而减小立管触地点的疲劳破坏.

钢悬链线立管强度可靠性计算研究

在钢悬链线立管分析中,材料性能、载荷参数、计算方法等都存在着大量不确定性。为考虑不确定性因素造成的影响,采用作用效应-抗力半随机过程构建可靠性模型,并采用极小化变换转化为静态可靠性问题。选用物理含义较为明确的屈服判定准则建立功能函数,通过单样本K-S检验对载荷随机过程的概率特性进行极值统计,提出载荷转化的方法以实现与目标可靠性指标的比对,并引入模型和主观不确定性随机变量。在此基础上采用改进的一次二阶矩法,对立管的强度可靠性进行了计算。结果表明此方法与利用系数方法能够相互印证,可以为立管的可靠性计算提供参考。

卧底管-悬链线立管严重段塞流数值模拟

POT深海油气田投产前优选并构建了卧底管-悬链线立管集输系统,严重段塞流的预防及影响因素分析至关重要。该文基于卧底管-悬链线立管结构参数及生产参数设计,应用OLGA软件对管线内的流动进行数值模拟,计算分析产量和气液比等生产参数对流型的影响,预测严重段塞流并描绘严重段塞流的流型特征,监测不同产量及气液比情况下立管内最大液塞长度及立管底部最大压力波动值。计算结果表明,卧底管-悬链线立管结构参数设计合理,设计的生产参数范围内不会产生严重段塞流,而在低产量情况下严重段塞流特征规律明显。计算分析产量及气液比与流型的关系,绘制了严重段塞流流型区间预测图。计算得出立管内最大液塞长度及立管底部最大压力波动值,着重分析节流法在抑制严重段塞流中的效果,得到节流阀开度为0.2的POT深海油气田最优化结果,为严重段塞流的预防提供依据。

深水钢悬链线立管的大挠度柔性索模拟方法

基于大挠度柔性索理论,采用可伸长缆模型模拟钢悬链线立管(SCR)和系泊缆,同时考虑浮式结构运动的影响和钢悬链线立管与海底相互作用问题,基于Cable3D开发出浮式结构和钢悬链线立管的整体分析程序V-Cable3D。分析了Spar出平面准静态漂移引起的SCR动力效应和SCR与海底相互作用引起的疲劳应力循环。

浸没式浮筒对系泊缆松弛-张紧特性的影响研究

为了研究浸没式浮筒对悬链线系泊缆松弛-张紧特性的影响,本文基于集中质量法建立了下端锚固、上端做简谐运动的带浮筒悬链线系缆运动微分方程。运用Newton-Raphson法和Howbolt差分法,求解了系缆的运动特性和动张力值。通过与无浮筒悬链线系泊系统的对比,分析了几种不同参数的浮筒对系泊缆松弛-张紧现象及冲击放大系数两个方面的影响。结果表明:附加一定大小的浸没式浮筒能有效抑制系泊缆松弛-张紧现象的出现,并且减小系缆运动过程中动张力的冲击放大系数;但当附加浮筒的净浮力过大时,在极端海况下,会助长系泊缆上端出现松弛-张紧现象,进而影响系泊物的稳定性。

陵水17-2气田“深海一号”能源站总体设计及关键技术研究

陵水17-2气田开发采用带凝析油储存和外输功能的深水半潜式生产储油平台——“深海一号”能源站,为国际上首个采用立柱储油的半潜式生产平台,该平台设计面临环境条件恶劣、建造场地和合龙资源受限、凝析油储存和外输安全性要求高、立管运动要求严格等诸多挑战。本文详细阐述了“深海一号”能源站总体设计技术,包括深水环境条件分析、基于受限场地资源的定制化设计、凝析油U型储存隔离与安全储存和动力定位外输以及整体船型参数设计等,并重点介绍了深水系泊系统设计、深水钢悬链立管布置与疲劳寿命分析、平台低频运动响应预报、关键结构设计及30年不进坞的防腐方案设计等关键技术。基于上述技术,研制出了新型半潜式生产储油平台母型船——“深海一号”能源站。该平台建造完成并投入使用,标志着中国海洋工程制造业逐步向深水浮式生产平台等高端装备业进军,也为同类深水浮式平台的设计提供了借鉴。

系泊系统的优化设计

对于系泊系统的设计问题,以悬链线方程为基础,通过静力平衡和刚体力矩平衡理论确定系泊系统中各个参数之间的联系,推导出系泊系统整体的数学模型。再利用牛顿-拉夫逊迭代对其进行求解,最终得到不同海况下钢桶和各节钢管的倾角、浮标的吃水深度及游动区域、锚链的形状及约束条件下的重物球的质量等结果,并给出最优系泊系统设计的方案。

适合我国南海深水气田开发的小型浮式液化天然气船FLNG技术可行性分析

天然气液化船（Floating Liquid Natural Gas,FLNG）是集海上天然气/石油气的液化、储存和装卸为一体的新型FPSO装置,具有开采周期短、开采灵活、可独立开发、可回收和可运移等特点.论文文针对小型FLNG装置在南海某目标气田工程应用中可能遇到的台风条件下的操作策略、上部模块设计、船型设计和总体性能分析、外输方式、水下生产系统回接到FLNG立管的设计方案、水下生产系统回接到FLNG海底管道优化设计等关键技术问题进行研究.研究表明：FLNG可作为深远海气田开发工程比选方案之一.