跨斜滑断层非埋设海底管道局部屈曲分析

利用有限元软件ABAQUS,建立跨斜滑断层非埋设海底管道数值分析模型,考虑管道材料非线性、几何大变形和管土非线性作用的影响,模拟跨斜滑断层海底管道在正常操作阶段的局部屈曲响应。针对管道壁厚、铺设残余张力、穿越断层角度等敏感性参数变化下海管局部屈曲失效、侧向位移和轴向拉伸应变等进行分析,为跨斜滑断层非埋设海底管道的前期设计、安全评价、维修保护等提供参考。

冲击载荷下含腐蚀缺陷的海底管道损伤分析

针对海底油气管道因冲击和腐蚀易造成管道损伤破坏的问题,基于耦合欧拉-拉格朗日算法(CEL)建立坠物-腐蚀管道-海床土体冲击有限元模型,分析了坠物质量、速度、埋深和腐蚀深度对含腐蚀缺陷管道损伤的影响,并与未腐蚀的完整管道进行了对比。以此为基础,分析了内压和腐蚀深度对撞击后的腐蚀管道应力的影响规律。研究结果表明:含腐蚀缺陷管道受冲击损伤程度均大于完整管道,同等撞击速度、质量和埋深下,冲击损伤值最大分别相差68.6%、14.3%和194.7%;撞击后的腐蚀管道和完整管道最大等效应力均随内压增加而增大,同等内压等效应力值最大相差50.4%;同等腐蚀深度下,未撞击腐蚀管道和撞击后腐蚀管道等效应力值最大相差11.7%。这表明海底油气管道冲击损伤分析应考虑腐蚀缺陷的影响。研究方法及结果可为海底油气管道冲击损伤分析与评价提供参考。

新型保温材料在海底管道上的应用探索

国内混输双层海底管道保温层常规采用聚氨酯材料,其导热系数相对较大并且存在老化的问题,而且需要匹配较大规格外管及混凝土配重以保证管道强度及稳定性。本文以渤海某拟建项目混输管道为例,探索了应用气凝胶作为保温材料,进行了优化外管管径及混凝土配重层可行性的探索。并对优化过程中需要关注的重点关注的问题进行了总结。

基于同伦分析方法和神经网络的复杂腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算方法

针对含复杂形状腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算难的问题,本研究中采用同伦分析方法对含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力进行了计算,并用有限元方法进行了对比验证,进而根据计算结果提出了基于神经网络模型的海底管道屈曲压力的计算方法。结果显示:同伦分析方法可以有效、准确地计算含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力,在相同情况下抛物线形腐蚀管道的临界屈曲压力大于椭圆形管道的临界屈曲压力。基于神经网络模型的腐蚀海底管道屈曲压力计算方法具有良好的泛化性能,可以很好地应用于工程现场的计算。

航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

面向海底管道巡检的AUV三维自适应路径跟踪

针对面向海底管道巡检任务的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪控制问题进行研究。首先,在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,为设计适宜运动控制的三维路径跟踪控制器,建立流体坐标系,并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型;其次,将可变前视距离引入传统视线(LOS)制导策略,提出一种自适应LOS制导策略以提高制导精度,并基于此设计面向海底管道巡检的AUV三维路径跟踪控制器,使得AUV可有效跟踪设定的参数化路径;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果验证了所提面向海底管道巡检的三维路径跟踪控制器的有效性。研究成果能够改善AUV的操纵性,可为面向海底管道巡检的无人水下航行器路径跟踪控制方法提供参考。

海底管道切割机的设计

为了解决海底管道的维修、回收等问题,对几种海底管道切割技术进行了研究,并设计一种基于机械切割技术的海底管道切割机。文中分别对海底管道切割机的整体结构、海底管道切割机的液压系统进行了设计,同时采用软件对关键零部件进行了有限元分析,为海底管道切割机的研制提供重要的参考。

基于FDHHFLTS-BN的海底管道泄漏失效风险定量分析

为预防海底油气管道泄漏失效事故,提出基于自由双层次犹豫模糊语言术语集(FDHHFLTS)和贝叶斯网络(BN)的FDHHFLTS-BN风险分析方法,用于分析海底油气管道泄漏失效事故概率及事故的关键风险因素。将故障树模型转换为BN结构,由专家根据FDHHFLTS评估基本事件发生可能性;采用最佳最差法(BWM)确定专家权重,结合相似性聚合方法(SAM)聚合专家意见;依据构建的BN模型,正向推理得到事故发生概率,反向推理得到后验概率,并进行敏感性分析。将该方法应用于实例分析,结果表明:分析段海底管道泄漏事故的概率值为P=6.20×10^(-3);焊缝施工缺陷、材料施工缺陷和渔具作用等为事故发生的关键因素;与传统方法对比分析结果证明,所提方法在确定海底管道风险方面具有一定的优势。

考虑颗粒破碎影响的钙质砂中海底管道贯入机制研究

通过离心机模型试验,结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示,钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系,其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)中相同深度锥尖阻力的乘积。当管道埋深较小时,由于土体变形主要以颗粒重排挤密为主,管道竖向贯入阻力几乎不受颗粒强度影响;当管道埋深较大时,管道竖向贯入阻力随着颗粒强度的降低以及颗粒破碎的加剧而减小。钙质砂中管道竖向贯入机制主要表现为典型的冲剪破坏,土体变形主要集中在管道底部,且水滴状变形区域随着颗粒破碎的加剧逐渐收缩。颗粒破碎从管道底部向远离管道径向发展,大量贴近管道底部的颗粒发生连续破碎,少量远离管道的颗粒发生独立破碎。颗粒破碎导致管道底部土体中的集中应力释放,颗粒破碎越多,应力释放导致管道竖向贯入阻力减小的现象越明显。

抛锚对海底管道影响的离心模型试验研究

锚击是影响海底管道安全运营的重要因素之一。采用天科院TK-C500土工离心机以及新开发的抛锚试验装置开展了抛锚离心模型试验,测量了海底管道的受力变化,分析了抛锚作业对浅埋海底管道的影响。试验结果表明,落距对管道弯矩的变化有着普遍性的影响,管道弯矩增量与落点的水平距离和管道埋深呈现明显的非线性特征。当12.3 t霍尔锚落在φ630管道正上方时,各种不同落距各种不同管道埋深工况,管道弯矩增量都远大于其塑性屈服弯矩,管道的安全运行已经受到了严重威胁。当落距小于3.5 m、水平距离大于1.4 m时和当落距增大到7 m、水平距离大于2.8 m时,管道弯矩增量不会超过塑性屈服弯矩;随着落距继续增大,锚落于管道一定范围内时,都将对管道安全运行产生严重威胁。

海流作用下坠物沉降及撞击海底管道数值模拟研究

采用基于浸入边界有限元法的流固耦合数值模拟方法,对海流作用下坠物撞击海底管道完整过程进行了数值模拟研究。数值结果表明:在自由沉降时,坠物的流向速度与海流速度基本一致,不同海流速度下相同质量的坠物垂向速度基本一致,但在较低的坠物质量和海流速度下会出现冲跃现象,球形坠物的垂向阻力系数比立方形坠物小,并且阻力系数随坠物质量的变化而变化,坠物沉降角度随海流速度的增加而增大;在坠物接近海底管道时,流向速度逐渐减小,垂向速度均为先增大后减小,立方形坠物减小程度要比球形坠物大,质量大的坠物垂向速度减小的程度也要比质量小的大;在坠物撞击管道时,球形坠物撞击速度比立方形大,撞击速度比自由沉降速度大,撞击角度比自由沉降角度小,最大应力和凹痕均比无海流作用时小,球形坠物应力减小幅度为4.44%~16.71%,立方形坠物应力减小幅度为9.29%~12.14%,球形坠物凹痕减小幅度为4.17%~30.58%,立方形坠物凹痕减小幅度为10.41%~14.44%。

基于振动响应分析的海底管道悬空内检测研究

铺设于海床中的海底管道常因洋流冲刷、船舶锚拽等自然或人为因素而处于悬空状态,易造成管道变形、腐蚀、损伤和开裂泄漏等问题,严重影响管线安全。针对DN200海底管道的悬空内检测,设计了一种内检测机器人并对其进行了动力学分析。同时,联合ANSYS与ADAMS软件建立了柔性管道-土耦合模型,开展了悬空管道内检测仿真分析。采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对内检测机器人在复杂激励耦合条件下的振动响应信号进行处理,通过分析机器人的振动加速度实现了对悬空管段的有效识别。研究结果为油气管道悬空内检测提供了新思路。

波流联合作用下海底管道侧向运动数值分析

研究旨在提出波流联合作用下海底管道侧向运动数值模拟分析方法。通过建立三维离散刚体模拟海床,梁单元模拟海底管道,设置了两个载荷步模拟管道与土壤接触的过程,解决了实体模型不易收敛的问题。分析了不同管—土法向行为接触刚度、不同管—土切向行为摩擦系数、不同波流参数以及不同单位长度管道水下质量对海底管道侧向运动的影响。研究表明:海底管道的最大等效应力、最大侧向位移、最大接触压力以及最大横向摩擦剪应力对于管—土法向行为接触刚度的变化并不敏感;管道的最大侧向位移随着管—土切向行为摩擦系数增大而减小,呈现出线性变化的关系;当波高一定时,管道的最大侧向位移随着流速的增加而增大,并且波高越小,最大侧向位移随流速增加的速度明显越大;管道最大侧向位移随着单位长度管道水下质量的增加而减小,并且呈现出线性变化的关系。

波浪式拖管法铺设海底管道力学性能研究

海底管道铺设是海洋油气资源开发的重要环节,传统的拖管法不能很好地适应海洋深度和复杂环境的变化。针对Acergy公司在Girassol项目中提出的一种波浪式拖管方法,对其应用于2.0 km长海底管道铺设进行分析。首先,结合深水海洋环境特征,采用集中质量法建立管道拖航数值模型,并介绍管道、拖缆和浮筒力学计算及水动力荷载计算方法;其次,基于非线性有限元OrcaFlex软件对拖管过程建模,以模拟实际项目拖管过程;然后,通过对比相同条件下的单波式和双波式两种拖管方式,探讨管道和拖缆的动态力学性能变化;最后,针对不同浮重比、拖航速度、拖缆长度和悬垂角、海流流速和流向角等因素展开敏感性分析。结果表明:波浪式拖管法可以有效地降低施工时对拖缆的张力需求,但也会因此增加管道局部弯矩和应力响应;相对于单波式拖管,双波式拖管在缓解由于拖航速度等变化而产生的管道局部损伤效应上更有优势,并能较好地适应不同水深环境;复杂的海流工况对拖航时管道的力学性能影响十分显著,施工前应选择合适的铺设窗口期以防止管道产生损伤。

论国家对海底电缆和海底管道的投资保障义务与中国因应

作为通讯和能源传输领域的基础设施,海底电缆和海底管道的重要性得到了国际社会的广泛承认。由于私人投资者控制着绝大部分海底电缆和管道,因此国际投资法对海底电缆和管道保障具有无法替代的现实作用,《联合国海洋法公约》等亦为投资保障的落实提供了部分国际法层面的依据。然而因海底电缆和管道自身的独特跨界属性,以及国际法和各国国内法就海底电缆和管道法律制度供给的短缺,使得海底电缆和管道能否获得国际投资协定(IIAs)的保障,以及东道国对海底电缆和管道肩负哪些具体保障义务,均存在较大的不确定性。中国应重视国际投资法与海底电缆和管道保障的其他法律规则之间的联动关系,并以此为基础在现有国际投资协定、国际法和各国国内法与规则中就海底电缆和管道作出针对性的法律制度设计,以实现对海底电缆和管道的有效保障。

海底管道弃置方案

为了给海底管道弃置提供完整的技术支持,以海底管道弃置流程分析与实例相结合的方式,介绍海底管道弃置方案的决策流程、关键问题和解决方法。建立指导弃置作业的标准框架,将方案制定分为信息收集、方案构造、方案比选、计划执行等4个阶段。阐述各阶段的工作内容和关注重点。在此基础上,结合海底管道弃置实例,阐述在弃置过程中各弃置方法的使用情形及影响,从多个角度对比各方法的特点,以期为具体工程提供指导和借鉴。

东海某海底管道内腐蚀直接评价研究

东海某海底管道是油气外输的主干线,该管道由于有球型法兰自投产后未开展相应智能内检测工作,为评估该条管道的内腐蚀状态,参考NACE标准开展相关内腐蚀直接评价研究。为此,采用OLGA软件对管道内流动状态进行了分析,基于室内腐蚀实验对De waard 95腐蚀速率预测模型进行了改进,并将内腐蚀直接评价结果与现场泡沫涡流内检测结果进行了对比,同时进行了管道剩余强度评价。结果显示:该条海管共有366处高风险位置,最大腐蚀速率出现在6.933?km处为0.6508?mm/a,且腐蚀速率沿程的波动较大;改进后的内腐蚀速率预测模型精度能满足工程需求,内检测数据也进一步佐证了内腐蚀直接评价技术的可靠性,平均误差为5.29%;腐蚀后的管道剩余强度能满足当前安全运行的需要,建议后续加强腐蚀监测工作。

海底管道悬跨原因及防护探究

海底管道悬跨是海底管道工程中的一项重要挑战,其对管道的安全和可靠性运行造成严重威胁。本论文旨在研究海底管道悬跨的原因和防护措施。首先,分析了泥沙冲刷,沙波沙脊等因素导致海底管道出现悬跨现象。其次介绍了多种防护措施,包括砂袋回填、混凝土压块、复合柔性防护垫等,总结了各种防护措施的优点和局限性。通过防护措施之间对比,以期本研究对于海底管道工程的设计和维护具有参考价值。

缓蚀剂对气田海底管道的保护性能模拟研究

某新建海上气田A井油藏测试临时改变了物流海底管道,导致物流介质及物流环境产生变化,有必要研究缓蚀剂对气田海底管道的保护性能。通过实验表明:高水气比和地层水工况下,腐蚀速率较高,缓蚀剂无法满足高水气比工况;正常水气比和冷凝水工况下,未添加缓蚀剂,随着流量的增加,腐蚀速率呈现上升趋势,随着缓蚀剂加注浓度的增加,腐蚀速率呈现下降趋势。缓蚀剂加注浓度500 ppm条件下,当输气量控制在58万方/天以内时,腐蚀速率可控制0.71 mm/a。实验结果为油藏测试提供了参考依据。

海底管道防护垫水下自动布放装置框架结构有限元分析研究

海床受洋流、潮汐和波浪的冲击,带来淤泥、沙子和砾石,改变了海底地貌和管道周围海床的形态。这些变化和沉积物对海底管缆造成了损坏。为减少这些损害,常放置新型高分子复合保护垫来覆盖水下管缆等结构。本研究提出了一种新型的水下布放装置,对其进行了全系统设计、系统开发和测试,旨在解决现有维修方式成本高、效率低、经济效益差的问题。本文使用NX Nastran求解器对模型进行静态分析,再用Femap软件对布放装置框架结构计算结果进行后处理,分析研究了水下作业和水面布放两种工况。结果表明,该布放装置符合结构设计要求,同时也为优化装置结构提供了重要数据。