陡波型柔性立管浮力块参数优化及应用

浮力块分布和外径等参数直接影响柔性立管在环境载荷作用下的动力响应,对某深水柔性立管进行陡波型布置,开展时域内的整体动态有限元分析,得到浮力块分布和外径对柔性立管动力响应的影响规律,表明浮力块参数是陡波型柔性立管整体设计的一个重要因素。立管动力响应是弯曲加强器的设计载荷,根据上述规律,构造具有不同浮力块参数的柔性立管模型,进行多工况动态分析,通过对比弯曲加强器设计载荷对(T,θ)的散点图,得到弯曲加强器设计载荷优化方法及最优设计载荷。

基于NSGA-Ⅱ算法的陡波型柔性立管优化设计方法

在柔性立管中部添加浮力块可使其形成陡波构型,合理的浮力块布置对陡波型柔性立管整体性能具有重要意义。论文以陡波型柔性立管悬挂点张力和锚固点张力为优化目标,以立管最大有效张力和最小弯曲半径为约束条件,构建了多目标优化模型。针对我国某海域应用于浮式生产储油装置的陡波型柔性立管系统,选取立管动态响应最大的4种典型工况开展动态时域模拟,研究了浮力块参数对立管悬挂点张力和锚固点张力的影响。综合考虑4种工况的极值结果,基于NSGA-Ⅱ算法开展了浮力块布置多目标优化设计,得到了关于悬挂点和锚固点最大张力的Pareto前沿。根据不同工程要求可在Pareto前沿中选择一个解作为最优解。

风浪载荷下不同线型脐带缆动力学仿真分析

随着海洋油气向深海迈进,脐带缆的基础研究受到了广泛关注。通过对悬链线型、缓波型、陡波型三种脐带缆进行建模,得出了每种线型脐带缆的最大有效张力图、剪力图以及弯矩图,分析了在不同风浪载荷下脐带缆的动态响应。研究结果表明,缓波型与陡波型脐带缆虽然布局相对复杂,但是较悬链线型脐带缆可以有效降低顶端悬挂处的有效张力,浮力段的添加可以减小恶劣环境对触地点的影响;此外需要注意的是缓波型与陡波型脐带缆在浮力段部分会发生剪力突变,对脐带缆的安装产生影响。研究成果有助于设计人员了解脐带缆在不同线型下的动力学响应特性,为脐带缆线型设计与脐带缆张紧器的选型提供了理论依据。

深水悬链线型立管形态和属性研究

本文利用悬链线理论推导出了确定深水悬链线型立管(Catenary Riser)所需的基本参数,分析了不同弯曲刚度对悬链线型立管属性的影响,并在考虑管线弯曲刚度的前提下对深水悬链线型立管触地点处管线曲率进行了修正,使其更接近实际曲率。此外本文将上述理论推广到深水懒波型立管(Lazy-Wave Riser)和陡波型立管(Steep-Wave Riser),简化了立管形态确定方法,实现了工程设计初期快速确定立管形态的需求,减少了工程设计工作量。

基于悬链线理论的Lazy-wave和Steep-Wave立管形态确定方法

作为改良型的钢质悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR),懒波型立管(Lazy Wave Riser, LWR)和陡波型立管(Steep-Wave Riser,SWR)在深水油气开发中的应用越来越广泛。LWR和SWR的立管形态在其设计中至关重要,并且在海流作用下,LWR和SWR的立管形态会发生相当大的变化。文章将悬链线理论推广到深水LWR和SWR简化了立管形态确定方法,实现了工程设计初期快速确定立管形态的需求,减少了工程设计工作量。