非线性海床上J型铺管数值分析

随着全球对能源的不断增需,海上油气生产逐渐扩展至深水和超深水区域。在这一应用背景下,型铺管系统在深水区域表现出了天然的适应性。本研究基于Winkler模型和宏单元模型开发了J型铺管法数值模拟方法,利用有限差分法精准模拟了其在非线性海床条件下的力学特性。通过解析解和模型试验对比验证了该方法的可行性。在水深和不同铺设角度变化的研究中,发现水深增加导致管线触地点埋深减小和土体抗力降低,而铺设角度的变化则影响管线的弯矩和土阻力。这些研究结果为J型铺管法在实际深水工程中的应用提供了有益的理论支持和参考。

深水S型铺管托管架-船体-管线耦合分析

为了研究S型铺管过程中托管架-船体-管线之间的耦合作用,采用管线与托辊之间的接触机理来模拟这种耦合作用.用广义弹性面接触法模拟托管架上的托辊;铰接方式连接管线上弯段莫里森杆;PID控制理论用来模拟船的动力定位.通过计算得到了铺管作业工况下船体的运动响应和管线对船体运动贡献力.同时通过S型铺管弯曲应力经验公式验证计算结果的正确性.结果表明,低频波浪对铺管作业有较大影响,耦合作用力不容忽视.计算铺设管线的工作海况时建议考虑托管架与管线的相互作用.

超深水S型铺管的局部变形分析

为了研究超深水S型海底管道铺设时管道截面的局部变形及应力分布,以"海洋石油201"铺管船为例,首先建立"铺管船-托管架-管道-海底"的整体铺管模型,计算托辊支撑处管道承受的荷载组合:弯矩、轴力、剪力和托辊反力。再建立"托辊-管道"相互作用的局部精细有限元模型,计算了上弯段管道截面的局部变形和应力分布。研究结果可为超深水大口径S型铺管船的极限铺设能力分析提供参考。

深水S型铺管收弃管作业分析

为研究深水S型铺管收弃管(A/R)作业过程管道的形态与受力特性,运用刚悬链线理论建立管道静平衡微分方程,结合缆索受力与铺管船移动,给出迭代求解两阶段作业过程管道与缆索形态的数值计算方法,并开发收弃管作业计算分析程序,模拟2 000m水深弃管操作过程.结果表明,第1阶段,铺管船需要向前移动,以使A/R绞车施加的张力保持不变,管道形态变得平缓,管道内张力逐步增加而弯矩减小;第2阶段,铺管船静止,A/R绞车施加的张力需要逐步减小,管道形态变陡,管道内张力减小而弯矩迅速增加.与铺管专业软件OFFPIPE计算得到的结果吻合较好,验证了计算分析程序的有效性和实用性,从而可为实际深水管道铺设设计提供理论依据.

深水S型铺管管道形态及力学分析方法研究

S型铺管是一种效率很高的铺设海底管道的方法,研究深水S型铺设管道形态及力学分析方法对于开发我国南海油气田具有重大意义。本文建立了深水S型铺管中管道形态的大挠度梁微分方程,并且通过数值方法求解得到的结果论证了深水S型铺管中管道悬垂段形态可以用自然悬链线近似,并在接下来的对S型铺管中管道的整体力学特性的有限元分析中,对过弯段管道采取在托辊所处位置,约束法向自由度,切向和转动自由度释放,模拟铺管作业中过弯段管道的状态;对海底土壤地基对触底段管道的垂向,侧向,轴向的反力作用进行了模拟,并将计算结果与其他方式边界条件下的铺管有限元模拟计算结果进行了比较,以保证所采用的分析方法及有限元仿真模型的准确度。

S型铺管力学计算方法发展现状及技术展望

基于S型铺管技术特点,介绍了国内外管道静力学与动力学分析计算方法、管道触地段与海床耦合分析以及管道与张紧器耦合分析发展现状,对比分析了各种计算方法的优点和使用局限性;在此基础上,指出了未来尚待解决的问题和今后技术的研究方向,为保证S型铺管作业安全和提高作业性能奠定了理论基础。

先进深水S型铺管船及其深海开发应用前景分析

铺管船作为管道铺设的重要海洋工程装备,其性能是深海铺管的关键。针对当前国内外深海铺管船发展,从铺管方式和船体性能两方面进行了分析归纳,对深海管道S型铺设的特点及关键设备进行了分析,讨论了S型铺管船在深海应用的发展趋势。

全耦合S型铺管动力定位时域分析

为研究S型铺管船铺管工况下的动力定位系统性能,进行了船体-托管架-管道的耦合作用下的动力定位模拟。采用广义弹性面接触法模拟托管架上托辊,莫里森杆构建托管架模型,集中质量法计算管道受力,并应用PID和Kalman滤波相结合的控制系统和序列二次规划法进行分配的推力系统,进行了全耦合S型铺管动力定位时域分析;研究了船体波频运动对于管道-托管架耦合作用力和动力定位系统的影响;比较分析了铺管工况和非铺管工况下的定位精度影响;同时应用API规范对管道应力进行校核,验证了该耦合模拟的正确性。结果表明,垂荡和艏摇对于管道-托管架-船体之间的耦合作用力对动力定位系统影响很大,在动力定位系统设计时,需要着重考虑。减小纵摇和迎浪铺管是使铺管作业和动力定位系统安全有效的重要方法。

J型铺管法研究进展

深水海底管道铺设最重要的方法就是J型铺管法。介绍了国外成熟J型铺管法的主要特点、工艺流程及当前J型铺管法的主要分类,为我国深水铺管技术的发展提供参考。

S型铺管瞬态张力对动力定位控制的影响（英文）

铺管船动力定位能力和张紧器能力通常基于静态管线张力或者采用一定动力放大系数进行评估,忽略了管线张力动态的影响.本文集成PID动力定位控制和卡曼滤波,充分考虑管线-辊筒接触及管线-铺管船耦合,发展了一种S型铺管作业的闭环自动控制数值模型.时域数值结果对比分析表明:动力定位推力动态耦合效应显著,亦证明了管线张力的瞬态效应对深水S型铺管作业动力定位评估影响深远,且基于静态管线张力评估张紧器能力将会高估.

J型铺管船发展综述

深水海底管道铺设技术是进行深海油气资源开发的关键技术,其中最适于深水铺管的方法就是J型铺管法。本文介绍了世界先进的不同类型的J型铺管船的发展和使用情况,技术现状和发展趋势。在充分学习消化国外的成功经验的基础上,开展相关领域的研究工作,为我国建造具有国际领先水平的J型铺管船打好基础。

基于集中质量法的深水S型铺管动力响应研究

深水S型铺设时,管线承受巨大的环境载荷,需要准确地模拟管线受力,以保证管线安全。基于集中质量法,推导管线受力计算公式,建立考虑海床、托管架以及海流影响的S型铺管的三维管线数值模型,用广义α积分对铺设系统进行动力迭代求解,采用Fortran语言编写程序,将静力分析结果与Orcaflex计算结果对比,验证了理论模型的正确性。最后结合算例分析了垂荡和纵荡运动下,张紧器张力变化情况,以及垂荡运动时管线的有效张力、弯矩、速度和加速度的变化情况。

深水S型铺管船托管架连接部件接触分析

托管架是深水s型铺管船的关键装备之一，其作用是实现对管道的支撑和引导管道按照所需要的角度入水，使管道铺设时有合理的变形以保证管道安全。在托管架整体分析的基础上，对受力较为复杂的托管架铰接段和中间段之间的连接部件进行非线性接触分析，校核托管架连接部件的安全性，对托管架设计起到一定指导意义。

铰连接在深水S型铺管中的应用

为了能够在S型铺管过程中将管线、船体和托管架三者作为一个整体进行耦合分析,使用势流理论用于计算船体受到的波浪力,广义弹性接触面法模拟托辊与管线之间的接触,采用带有铰接刚度的铰连接来模拟管线的上弯段,集中质量法用于模拟管线的中垂段和下弯段。通过时域全耦合方程将整个系统联立求解,并将这种方法的结果和未考虑上弯段管线接触的结果与实验值进行了对比发现:新计算方法能够使管线受力和船体运动都更为接近于实际值。对管线张力进行了谱密度分析,得到了对管线张力作用较大的频谱范围,为其在不同海况下的适应性提供了技术参数。

深水S型铺管中残余变形对屈曲压力的影响

随着S型海管铺设逐步走向深水,管道在铺设过程中承受的荷载增加,发生一定程度的塑性变形。本文讨论S型铺设引起的残余塑性变形对管道屈曲承载能力的影响。首先基于壳单元建立"管道-托辊"相互作用的局部有限元模型,分析了管道在铺设过程中的受力状态,获得了管道的残余塑性变形。然后以该残余变形作为管道非线性屈曲分析的初始缺陷,基于改进的RIKS方法计算了管道的临界屈曲压力。研究结果表明,铺设残余塑性变形在一定程度上削弱管道的承载能力,在深水铺设中应予以考虑。

S型铺管船一体化建模及管道形态控制方法研究

针对S型铺管船提出了一种适于控制任务的一体化建模方法。该建模方法将管道和铺管船作为整体以机械臂方程的形式用最少的坐标表示出来。这样就可以利用机械臂的方法设计控制器和进行稳定性分析。该模型构成了一个冗余的系统并且能够证明是无源的。然后针对铺管船提出能够保证闭环系统稳定的无源控制器。仿真结果验证了所建模型的正确性和设计的控制器的有效性。

深水S型铺管船托管架托辊非均匀接触力分析

为了分析托辊非均匀接触力,基于SESAM及OrcaFlex软件各自优势,以"海洋石油201"作为分析对象,在SESAM平台进行船体及托管架结构的水动力分析计算,在OrcaFlex平台中进行船体、托管架及管线三者耦合作用分析及托辊非均匀接触力的计算。最后,针对不同海况进行对比分析,总结托辊接触力的分布规律、影响因素,并对接触力响应波动问题开展分析。

基于ABAQUS的S型铺管法应力分析

目前海洋管道铺设数值模拟大多依赖于OFFPIPE专业铺管软件;提出了一种新的S型铺管法应力分析方法。该方法基于abaqus软件,完全摒弃了悬链线理论;通过控制管道落地端的水平位移改变管道形态,从而获得不同管道形态下的张紧力,找出管道铺设的正常形态,得到相应的铺管船允许张紧力。

深水S型铺管作业中托管架多参数优化

合理地调整托管架滚轴位置,可以保证深水S型铺管作业安全,提高铺设效率。基于集中质量法理论,考虑海床、海流的影响,建立深水S型铺管的三维管线数值模型,用Newton-Raphson法展开,对离散型托管架模型进行静力迭代求解。在静力求解基础上,以管线最大弯矩最小为目标函数,用进化差分算法对离散型托管架的滚轴高度和每段托管架的角度等众多参数进行优化。通过算例验证了优化方法的有效性。优化后的弯矩可比原设计减小10.9%。

深水S型铺管的管道形态与内力计算程序开发

深水海底管线的铺设主要采用S型铺管的方式,在铺管船船尾设有托管架以支撑和保护管道,并控制管道入水的角度,保证管道安全。依托某深水铺管船项目,根据S型管道的特点,将其分为上弯段、中间段和下弯段三部分进行力学分析;利用MATLAB软件编写程序,计算不同铺设工况下的管道形态和内力,以OFFPIPE的计算结果为参照,验证本程序的可靠性和准确性。针对在实际铺管过程中并不能保证管道与每个托辊都接触的问题,在程序中设定指定托辊不接触的情况。计算结果表明,该工况下管道在后一个托辊处将受到较大弯矩作用,可能引起失效,应引起关注。