自由站立式立管总体设计与分析

介绍自由站立式立管(FSHR)系统中各构件设计原则及其总体响应分析方法,根据算例总体设计参数,建立FSHR总体有限元模型,进行总体强度与疲劳分析。计算结果表明,其设计参数在各种工况下均满足强度要求,其中百年一遇海流载荷工况为最危险工况;其设计参数满足疲劳要求,运动疲劳和VIV疲劳最大损伤均出现在刚性主管顶部。

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。

自由站立式立管总体运动疲劳分析

由于良好的疲劳特性,自由站立式立管(FSHR)正广泛应用于深海油气田的开发当中。首先根据设计参数建立FSHR详细的有限元模型,然后利用谱分析方法对FSHR进行总体运动疲劳分析,以确定FSHR总体设计参数是否满足运动疲劳要求。最后对工作于相同环境下的钢悬链立管(SCR)进行总体运动疲劳分析,探讨哪种立管系统的疲劳性能更为优良。计算结果表明FSHR系统中刚性主管最大运动疲劳损伤出现在刚性主管顶部,FSHR总体设计参数满足规范要求;FSHR总体运动疲劳寿命要远大于SCR,体现了FSHR系统对浮体运动与刚性主管之间具有良好的解耦作用。

深水自由站立式立管壁厚及材料设计方法研究

针对深水自由站立式立管壁厚及材料初步选择方法,分别从设计流程、设计载荷、设计工况等方面进行了研究,并在壁厚选择的计算原理上结合设计规范进行了深入的讨论。同时,简要介绍了自由站立式立管的结构组成及分类。最后,结合计算实例,对自由站立式立管的壁厚初步选择方法进行了介绍。

自由站立式立管顶部及底部连接装置试验系统的研制与数值模型优化

基于相似理论及弹塑性力学相关理论与方法,自主建立了自由站立式立管顶部连接装置和底部连接装置的模型试验系统,包括加载装置、原理样机角度调节装置、鹅颈管张力角度调节装置、恒张力装置、弯矩加载装置及边界固定装置。通过整体数值模拟得到最危险工况作为试验工况并给出试验加载边界,分别利用试验系统和局部数值模拟得到顶部连接装置和底部连接装置在最危险工况下的响应,并进行了对比分析,结果表明:该试验系统能够有效地测量自由站立式立管顶部及底部连接装置不同位置的静态及动态响应,利用试验结果验证后的数值模型能够很好地反映自由站立式立管顶部及底部结构静态及动态响应;在不同工况下,自由站立式立管顶部连接装置及底部连接装置最大应力出现在顶部连接装置与立管连接处,表明该顶部及底部连接装置还有进一步的优化空间。该试验装置的成功研制为深入研究自由站立式立管顶部结构及底部结构响应提供了一种新的手段和方法,有利于保障自由站立式立管系统的作业安全。

南海自由站立式立管安装过程分析

自由站立式立管具有良好的运动特性，可作为南海油气开发的立管形式。结合工程检验，对应用于南海流花16—2油田的自由站立式立管进行安装过程的设计、建模，以及数值分析。结果表明，自由站立式立管的安装过程满足规范要求；吊绳张力最大值发生在浮力筒下放过程中；立管等效应力、弯曲应力和有效张力最大值发生在跳接软管回拉中。

自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析

基于三维非线性时域有限元程序对自由站立式立管(FSHR)进行了总体强度分析,并在此基础上对影响FSHR总体性能的主要参数进行敏感性分析,探讨设计变量的不确定性对FSHR总体性能和布局的影响.计算结果表明百年一遇海流载荷工况下为最危险工况,跳接软管和FPSO共面,波浪沿立管流向FPSO方向为最危险浪、流组合方向;FSHR系统对浮体运动和钢性主管之间具有良好的解耦作用;改变单一敏感性参数不能使得FSHR总体性能向好的趋势发展,需要同时调节几个参数才有可能使得FSHR总体性能达到最优.

浮力筒对自由站立式刚性主管轴向振动的影响

复杂的海洋环境易导致自由站立式立管系统浮力筒浮力周期性变化,造成刚性主管轴向振动。当浮力筒运动频率与刚性主管固有频率重合或接近时,系统会发生共振,危及其作业安全。鉴于此,建立刚性主管轴向振动力学模型,运用数值方法求解出刚性主管轴向振动的固有频率。以浮力筒现有的5种设计工况为例,探究了各阶固有频率随浮力筒状态的变化情况;通过稳态响应分析,计算出5种工况下的动载荷放大系数。研究结果表明:刚性主管的稳态振幅与浮力筒浮力成正比,与刚性主管密度、横截面面积和总长度成反比;刚性主管顶部的动载荷放大系数与浮力筒的等效质量、刚性主管的密度、横截面面积、总长度及频率比有关,当浮力筒出现2舱破损和中心管及1舱同时破损时,系统的动载荷放大系数明显偏大;应考虑适当增加浮力筒设计水深,以减小垂向环境载荷作用,延长浮力筒垂向运动周期;尽量减小浮力筒的等效质量,增大系统的固有频率。研究结果有助于完善浮力筒和刚性主管的力学性能分析,为自由站立式立管的系统设计提供有益参考。

纵向尺寸对自由站立式立管系统不稳定流动特性的影响

自由站立式立管系统的纵向尺寸对介质不稳定流动特性的影响是其结构设计中备受关注的问题,因此,采用OLGA软件模拟了不同水深条件下自由站立式立管系统管内流体的流动特性。结果表明:随着水深的增加,出现不稳定流动的流量范围向大流量方向移动,立管底部压力的波动周期和幅度增大。探讨了出油管道长度,立管站立高度,柔性管长度、跨度对自由站立式立管系统管内流体流动特性的影响:出油管道越长,管内流体越易形成不稳定流动;在水深不变的条件下,小范围改变立管站立高度、柔性管长度和跨度对管内流体的流动特性影响不大。

深水油气田开发中的混合立管

混合立管是深水油气田开发中常见的主要立管类型之一,在降低浮式生产装置和立管系统的运动耦合度以及减小疲劳损伤等方面具有独特的优势。本文介绍了混合立管系统的总体组成、特点和未来发展趋势,并主要就其部分关键部件的设计和选型技术进行了论述。混合立管的特点及其在世界范围内尤其是西非海域的成功案例,可为我国开发南海深水油气田提供重要参考。