API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究

顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中,所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤,因此动力响应研究非常重要。在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型,水深设为1 500m、海域为南中国海。采用海洋工程模块AQUA进行了波浪和海流加载,获得了沿立管轴向的不同位置节点的应力时间曲线。数值计算表明,由于海平面附近的立管受到波浪和海流的作用,最大应力出现在海平面下4m处,该位置为最危险点。

深水顶端张紧立管疲劳寿命研究

深海环境中的立管所处海洋环境非常复杂,受到风、海浪、海流、潮汐、地震、海冰作用以及上端浮体运动的影响,不断变化的载荷容易引起立管的疲劳损伤。采用ABAQUS中的海洋工程模块AQUA对张力腿平台顶端张紧立管在张紧力、波浪和海流共同作用下的动力响应行为进行了数值仿真研究。在此基础之上,结合BS 7608和DNV RP C203给出的S-N曲线,计算了顶端张紧立管各节点的疲劳寿命。结果表明,由于顶张力以及波浪和海流的联合作用,海平面以附近处节点的立管截面为危险截面,最容易发生疲劳破坏。

顶端张紧立管系统张紧装置选型设计研究

深水油气勘探开发是中国油气行业新世纪的重要发展战略.适应深水顶端张紧立管对于张紧装置的应用需要,对张紧装置的若干关键总体技术加以研究,例如适用范围、结构形式和构件、安装方法以及选型一般性指导原则等,对我国的深水开发具有一定的借鉴意义.

计及平台运动响应谱的顶部张紧立管稳定性曲线研究

针对顶部张紧立管在不规则波作用下可能会失稳的问题,研究了计及平台运动响应谱的张紧立管稳定性曲线。首先计算出了张力腿平台的运动响应谱,依据该运动响应谱的特性,将不规则波波浪作用下张力腿平台的运动响应以一系列规则波叠加的形式给出。并将这一系列的规则波输入到顶部张紧立管的参激振动方程当中。同时,采用伽辽金法简化控制方程,得到参激振动的马蒂厄方程。最后,利用小参数法对其进行推导,得出了顶部张紧立管的稳定性曲线公式。研究结果表明:平台运动响应谱对顶部张紧立管的稳定性曲线有着很重要的影响。

立管尾流模型研究及其在顶张紧立管干涉分析中的应用

干涉分析是深水立管设计流程中的重要组成环节。介绍了顶张紧立管(TTR)干涉分析中的不同尾流理论,通过FLEXCOM软件建立TTR干涉分析模型,对比了不同尾流模型下的干涉分析结果,通过对比得知Blevins尾流模型相对Huse尾流模型计算的立管净距要小。在实际工程中建议根据环境情况选取尾流模型,同时结合干涉分析结果和井口布置需求等因素确定立管间距。

基于静动态分析的顶张紧立管干涉敏感性研究

由于顶张紧立管(TTR)一般在平台的井口区域进行密集布置,因此其干涉分析是工程设计中的重要环节。以张力腿平台(TLP)上的TTR为依托进行了干涉敏感性分析,对比了不同顶部张力、立管间距、平台位移和平台运动情况下的立管干涉分析结果。分析表明顶部张力和平台位移对干涉有着主要影响,准静态干涉分析能够反映干涉现象,设计初期可不必进行动态计算,从而减少工程设计工作量。

顶张紧立管冲程分析方法研究

主要对顶张紧立管(TTR)冲程计算方法进行研究,并给出了计算TTR冲程的主要组成部分。通过张力腿平台TTR运动系统的简化建模,理论分析了影响TTR运动冲程的主要因素,给出简单估算TTR运动冲程的解析计算方法。通过使用有限元方法对TTR运动进行动态的时域分析,对影响TTR运动冲程的因素进行敏感性分析,并给出理论解释。最后提出控制TTR运动冲程范围的有效方法,为TTR冲程设计提供参考及依据。

顶部张紧立管回接连接器及安装技术

顶部张紧立管(TTR)广泛应用于TLP平台和SPAR平台,回接连接器是其重要组成部分。介绍了顶部张紧立管的类型和特点及回接连接器的分类、结构特点、工作原理、安装技术。液压驱动的细长型回接连接器的优点是体积小、承受弯矩和剪力大,适用于水深>1 500m的各种浮式平台,是今后的发展方向。

顶张紧立管安装分析方法研究

主要对顶张紧立管(TTR)安装过程中的强度计算方法进行研究。针对深水TTR安装定位复杂、易干涉、应力控制困难等特点,通过导向绳张力控制、导向臂类型选择、导向臂布置优化以及立管下放过程中的安装工况设计,进行TTR强度分析、干涉分析及动态时域分析。根据分析结论,控制安装设备相关参数,确定TTR立管安装适用的气候窗以及导向臂的最优化布置,为TTR安装程序设计和海上施工提供参考及依据。

典型深水顶部张紧立管的设计方法

顶部张紧立管（TTR）是用于连接运动的浮式生产设施和海床上的海底系统的管道，顶部张紧立管可用于钻井、完井及生产．本文将简单介绍TTR在前期初步设计阶段的设计考虑因素，并以典型深水平台概念设计研究课题中确定的TTR立管设计参数和结构型式为例，简要介绍TTR的强度分析方法，供海底管道设计者参考。

干树式深吃水半潜平台顶部张紧立管的设计与分析

用于深水油气开发的干树式顶部张紧立管(TTR)系统的载体平台是一种具有渐变式立柱的深吃水半潜钻井/生产平台(TCDD-Semi),该平台为中国南海的深水区域的气田开发而设计。文中介绍了该立管系统的设计与分析,提出了干树式采油立管设计方案,并进行了立管干涉、总体强度、疲劳、立管张紧器行程范围分析与核校。结果表明,立管在强海流中无碰撞,最大冯·米塞斯应力利用系数为0.88(规范要求不大于1.0),最小疲劳寿命89.4 a,大于20 a的设计服役期,张紧器最大行程33.1 ft,小于最大设计值35 ft。可见所述立管系统满足设计功能和工业规范要求,在具有恶劣海况条件的我国南海海域进行生产作业的深吃水半潜平台上设计安装干树式立管系统是可行的。

极端内波流作用下顶张紧立管干涉响应影响研究

张力腿平台相邻顶张紧立管间的干涉响应是决定水下井口布置和上部浮体结构设计的关键因素。中国南海典型海域极端内波流具有流速大、次数多、周期短和难于预测等特点,是相邻顶张紧立管干涉响应的主要因素。为了评估极端内波流影响,采用三维非线性梁单元结合Huse’s涡流振子模型和"管中管"模型对顶张紧立管间干涉响应进行有限元分析。结果表明:极端内波流、顶部张紧力、涡激振动和浮体偏移距离等因素对顶张紧立管间干涉响应有显著影响。

顶张紧立管的壁厚计算方法

主要根据规范要求,基于应力准则,以深水顶张紧立管(TTR)为研究对象,介绍了深水TTR的壁厚计算流程、计算方法和校核标准。以实际的工程案例,进一步验证了TTR立管的壁厚计算方法,并给出了校核结果,为深水TTR立管工程设计提供参考。

张力腿平台顶张紧立管设计与在位分析技术

依据南海深水油田开发工程的基础参数,完成了张力腿平台(TLP)顶张紧立管(TTR)的总体设计,确定TTR的结构尺寸。为了验证TTR在位期间的安全性,应用TTR专业分析软件,建立了TTR有限元模型,考虑TTR在位期间的各种载荷工况,对TTR进行干涉分析、强度分析及疲劳分析。结果表明,TTR的设计满足规范要求。

顶张紧式立管涡激振动疲劳分析方法系统研究

涡激振动疲劳分析作为立管工程设计中重要内容,成为深水海洋工程中不可忽视的一部分。本文结合我国南海深水油气田开发前景,参考国际业界工程经验积累,基于行业国际主流分析软件Shear7系统介绍了顶张紧式立管的涡振疲劳分析流程,包括涡激振动的发生机理与理论方法,结构模型创建,流速输入转化等方面。此外通过典型算例对所提出的截面疲劳分布流速法与传统的平面投影法进行结果对比,对这种简化方法论证了其应用与参考性。文章着重分析过程细节,对工程实践中的涡振疲劳分析具有实际应用价值。

深水顶张紧式立管壁厚与材料选择研究

本文通过对深水立管规范API RP 2RD的研究,对适用于深水浮式平台的顶张紧式立管(TTR)系统进行壁厚及材料的选择研究。本文以张力腿平台(TLP)作为主平台,以静力计算为基础,对1500 m水深内顶张紧式立管系统的基本强度进行校核研究。通过对顶张紧式立管的在位状态进行数值模拟分析,计算得出适用不同材料的管道壁厚。在壁厚选择的基础上,通过对不同材料的壁厚引起的张力变化等因素进行初步的材料选择。

顶部张紧式立管强度设计分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,提出新的管中管结构的等效方法。通过分析立管结构的受力控制方程,得到立管受力分析的主要影响参数,按照轴向刚度、抗弯刚度、立管湿重和液体湿重等效原则,实现立管力学性质的等效。使用Orca Flex软件非线性时域分析立管遭受的四种典型工况,分别获得张力和弯矩,依据管中管结构外管和内管的刚度在等效模型中占的比例进行分配,根据API规范确定管中管结构外管和内管的应力,得到TTR四种工况下的强度分析结果,认为在半潜平台下,TTR强度满足设计要求。

顶部张紧式立管干涉分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。文章研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,使用ORCAFLEX软件建立TTR的干涉分析非线性时域分析模型,基于Huse尾流模型,分析了浪流方向为0°、45°、90°、135°和180°的100年一遇环境载荷下的立管间距。结果表明,浪流方向为0°时立管最小间距小于TTR最大外径之和,发生干涉,其他方向不发生干涉。TTR为阵列式设计的立管群,应当从多方面因素考虑以避免干涉发生的危险,合理安排立管间距、调整TTF等措施可以有效减小干涉发生的可能。

顶部张紧式立管冲程分析

上部浮式生产设施在风浪流的作用下会水平偏离其原来的平衡位置,导致立管与平台发生相对运动。为避免立管部件损坏,应使其具有一定冲程能力。分析了影响顶部张紧式立管冲程能力的因素,并以一张力腿平台为算例,说明顶部张紧式立管冲程能力计算方法。

基于张力腿平台的顶张紧式立管碰撞分析

基于张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),在平台运动、波浪及海流的联合作用下,相邻的立管可能发生碰撞并对其承载能力造成影响,有必要深入研究TTR在恶劣海况下的碰撞行为。采用有限元软件对两根生产立管进行数值模拟,设置两管碰撞前弯曲及后续动态碰撞两个分析过程来模拟TTR的碰撞行为;采用碰撞参与长度公式确定了TTR碰撞的接触区域。研究重点分析了立管碰撞前弯曲变形对碰撞结果的影响,为深水刚性立管局部碰撞行为的研究提供了方法。