深海悬链线立管涡激疲劳损伤研究

讨论海洋平台钢质悬链线式立管SCR(Steel Catenary Riser)的涡激疲劳损伤问题。对于悬链线立管外的流体,给出涡脱落频率和升力对立管作用的计算方法。悬链线立管采用索结构模型,进行动力学分析并利用模态叠加法对其进行动力响应分析。根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则并结合S-N曲线,分析在不同流速下立管的涡激疲劳损伤。以工程中实际使用的1 500 m Spar海洋平台悬链线立管为例,对立管的涡激疲劳损伤进行了预报。并通过立管的参数研究,分别就立管外不同来流速度、立管壁厚、内部流体密度和柔性接头刚度对其疲劳损伤的影响进行了分析,得到了一些有意义的研究结果。

深海悬链线输油立管涡激疲劳计算分析

钢质悬链线式立管的涡激疲劳损伤是影响其寿命的主要因素之一.文中将悬链线立管简化为忽略剪切力的索模型,对悬链线立管进行模态分析,考虑流体附加质量的影响,得到其在海水下的频率和振型.根据斯托劳哈尔关系和外部流速大小的范围确定潜在的激励模态范围,并通过计算潜在模态的能量确定主要激励模态.根据能量平衡,求出升力系数和阻尼系数,从而计算出立管各阶模态下的模态力和模态阻尼.再利用模态叠加法对悬链线立管进行动力响应分析.并以2 300 m Spar平台的悬链线输油立管为例,计算了其在北海某流速作用下的疲劳损伤,所得结论对工程应用有一定的借鉴意义.

深水钻井隔水管-井口系统涡激疲劳详细分析

提出基于威布尔分布的隔水管一井口系统涡激疲劳详细分析方法，根据海洋环境条件的长期统计分布特征，采用随机变量的威布尔分布理论划分涡激疲劳详细分析的工况，得到具有不同超越概率的流剖面。在此基础上，应用涡激振动疲劳分析程序SHEAR7计算各个流剖面对应的涡激疲劳损伤，按照其发生概率折算得出隔水管系统总的疲劳损伤。算例结合南海某油井隔水管系统设计和具体海况参数，给出了上述方法的具体应用。研究表明，采用常规三种单一流剖面计算得到的涡激疲劳寿命分别为1．95年、0．039年和0．012年，而采用基于威布尔分布的涡激疲劳详细分析得到的疲劳寿命约为40年。两种方法相比，由于后者更符合实际的海洋环境条件，预测隔水管-井口涡激疲劳损伤更为合理，从而可以避免过于保守的隔水管钻前设计。推荐涡激疲劳详细分析工况数量为20-28个。

浅水隔水导管动态响应及涡激振动疲劳损伤

介绍波浪海流作用下的隔水导管动力学模型,总结极限强度分析、稳定性校核和涡激振动Vortex Induced Vibration(VIV)疲劳损伤分析方法,并就某隔水导管实例分析动态响应和VIV疲劳损伤,得到隔水导管的极限强度结果、稳定性校核结果、VIV疲劳寿命满足钻井作业要求。所提出的隔水导管振动响应、VIV疲劳损伤及寿命分析方法为隔水导管的安全保障提供参考和技术支撑。

悬垂立管波致疲劳与流致涡激振动疲劳特性研究

悬垂立管是应用在养殖工船以及温差能发电平台上的一种特殊立管形式,其一端与平台连接,另一端完全自由,在风浪流以及平台运动的影响下易因疲劳损伤而破坏。对一根安装于可移动式养殖工船的悬垂取水管进行浪致动力响应时域求解与涡激振动频域预报,基于Miner线性疲劳累计损伤理论计算考虑全年浪流分布概率的立管波致疲劳与涡激振动疲劳损伤情况。研究发现:考虑浪流分布概率后,悬垂立管波致疲劳总损伤主要分布在立管近平台端,顺浪流方向上更为严重,而涡激振动疲劳总损伤主要分布在立管近自由端,横流方向更为严重;海浪谱的有义波高与特征周期分别主要影响波致疲劳损伤的积累速度与沿管长分布特点;单一工况下,悬垂立管截面上涡激振动疲劳损伤最大位置并非总出现在横流方向,需根据具体工况计算分析;从总疲劳损伤角度分析,波致疲劳与涡激振动疲劳所导致的结构损伤在同一数量级。

南海自由站立式立管动态强度及疲劳分析

根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。结果表明,该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。

穿越管道的疲劳失稳风险评估方法的研究

本文提出了一种穿越管道的疲劳失稳风险评估方法，经过实例计算证实该方法的实用性和可靠性。

基于涡激抑制的深水钻井隔水管系统浮力块配置智能优化

涡激疲劳是深水钻井隔水管系统的主要失效模式之一,如何通过隔水管系统浮力块配置减小隔水管系统涡激疲劳损伤是要解决的关键问题,采用基因编码方式表征隔水管系统浮力块配置,融合遗传算法和隔水管系统涡激疲劳分析模型提出深水钻井隔水管系统浮力块配置智能优化方法,开发深水钻井隔水管系统浮力块配置智能优化系统,开展不同水深下的深水钻井隔水管系统浮力块配置优化设计,并采用枚举法对隔水管系统浮力块配置智能优化方法进行验证分析。结果表明,提出的隔水管系统浮力块配置智能优化方法可以精确高效地开展隔水管系统浮力块配置优化设计,与传统的隔水管系统配置经验设计相比,提出的隔水管系统浮力块配置优化方法可以大大改善隔水管系统涡激疲劳性能。

深水钢质懒波形立管研究进展

钢质懒波形立管(Steel Lazy-Wave Riser,SLWR)作为一种新型的钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR),在国外深水油气开发中的应用越来越广泛。将SLWR与SCR进行了特点对比,通过调研SLWR在国内外海洋油气开发中的应用现状和前景,分别从动力学分析、流固耦合模拟及涡激振动(Vortex Induced Vibration,VIV)诱发疲劳分析、立管内部段塞流诱发振动3个方面论述了SLWR振动机理的研究进展。当前深水SLWR的研究难点主要包括立管内部段塞流诱发振动机理不明晰、波流流固耦合振动机理待揭示,未来应研究立管内部段塞流与立管外部波浪海流耦合作用下的振动机理、安全控制机理。研究成果可为未来中国深水SLWR技术的发展及在油气田中的应用提供参考。(表3,参39)