海底管道J型铺设分析方法研究

本文对海底管道J型铺设分析方法进行了研究,包括典型铺管船及铺设系统、铺设分析内容、模型的建立、分析限制条件的考虑及校核接受标准,并结合实际项目给出了工程算例和结论,为深水海底管道J型铺设的工程设计提供参考。

大管径海底管道J型铺设分析

由于良好的管线下放形态,J型铺设是目前大管径深水海底管道最适用的铺设方式。针对大直径海底管道J型铺设下放过程,本文采用悬链线理论进行管道铺设静态分析,探究铺设角度和水深对管线受力的影响,以确定大直径海底管道在不同作业水深的最佳铺设角度。基于商业软件Orca Flex开展管道铺设过程中时域动态分析,研究铺管船运动、海洋环境及管道破损状态下管道上张力和应力变化情况,可为实际工程提供参考。

深海J型铺设双层管动力响应影响分析

双层管结构是深海油气输运最为有效的方式之一。本文建立深海J型铺设双层管整体力学模型,充分考虑内外管耦合连接以及外管与海床土的动力相互作用,通过对比验证数值模型的有效性;在深海环境随机波浪、海流和铺管船运动共同作用下进行J型铺设双层管整体动力响应分析,得到双层管外管和内管的动力响应特性,进一步探究扶正器刚度、外管和内管径厚比对双层管受力与变形响应的影响。结果表明:扶正器刚度的增大导致外管与内管张力响应幅值比值显著增大,外管和内管径厚比对相应张力、弯矩、应力和应变响应幅值的比值也有较大影响。分析结果可为深海J型铺设双层管设计与施工提供理论依据。

深水海底管道J型铺设工艺及设备研究

基于对国内外深水管道J型铺设系统和铺设技术的研究,介绍了深水J型铺设系统的基本构成及施工过程中的重要监测设备,并对监测技术进行了初步研究;阐述了J型铺设工艺及注意事项。可为我国深水J型铺设方法的进一步研究及J型铺设施工提供参考。

深水钢悬链立管J型铺设研究

J型铺管法具有先天的深水适应性,已广泛应用于深海水域的管道铺设作业,而我国对深水管道J型铺设的研究仍处于起步阶段。本文以作为深水开发首选立管形式的钢悬链立管为研究对象,应用Orcaflex软件对立管J型铺设过程做动态分析,校核内容包括最大弯曲应力、最大等效应力及有效张力。将铺管过程分3个阶段进行立管J型铺设强度分析,得到立管受力最大铺设阶段。针对受力最大阶段,进行立管作业窗口分析,得到满足立管使用条件的环境参数。本文所开展的深水钢悬链立管J型铺设研究对推进我国深水铺管技术的发展具有实际工程意义。

深水海底管道J型铺设用管领结构设计方法研究

J型铺设是目前最适合于深水管道铺设的作业方式,但我国在深水J型铺设装备研究方面刚刚起步。对管领进行了多凸肩结构承载设计方法研究,建立了双凸肩管领结构承载模式的有限元模型,分析了管领凸肩与夹具的间隙以及管领壁厚对载荷传递分配机制的影响。管领凸肩与夹具的间隙是影响载荷分配和传递的重要因素,间隙不同,等效应力和接触应力分布变化显著,实际工程应用中必须控制间隙大小。管领壁厚增加有利于改善应力分布,但壁厚减小并不会使等效应力和接触应力发生显著变化,因此在满足结构强度要求的基础上,可通过多凸肩设计承担载荷,减小管壁厚度。

管线J型铺设下放过程受力影响因素分析

采用J型铺管系统进行深水管线铺设时,管线在环境载荷作用下于铺设塔分离位置产生较大的弯矩,因此需要根据管线入水长度的增加而不断调整铺设塔工作角度以保证施工安全。本文以我国拟建造的半潜式J型铺管平台为目标船,以管线由水面下放铺设至海底的过程为对象,采用水动力软件OrcaFlex建立计算模型。在静态条件下分析铺设角、流向角对管线应力的影响,得到不同下放长度时适宜的铺设角。在动态条件下研究船舶垂荡、纵荡、横摇和纵摇对管线关键位置应力的影响。结果表明,在管线下放至海底过程中船舶运动对管线托管架接触位置应力影响较大,而在管线铺设至海床后仅垂荡运动对触底点区域应力影响显著。本文对管线J型铺设全过程受力影响因素的分析,可为实际深水管线铺设设计提供理论依据。

管道J型铺设参数和安装特性的有限元仿真

为提高海洋工程作业效率,应对海上多变的环境条件,针对管道J型铺设建立包括作业船、管线和海床在内的有限元仿真模型并实现三者之间的相互作用.开展静态和动态分析,完成关键作业参数选取和管线的结构完整性评估.利用静态分析得到不同残余张力下管线的铺设姿态和等效应力分布,用于指导海上工程作业,提高作业效率;采用动态分析方法评估环境条件对工程作业过程的影响.J型铺设安装过程的有限元仿真可为保证管线铺设安全可靠地执行、降低海洋工程作业的风险提供参考.

悬链线和大变形梁理论的J型铺设研究

为获得J型铺设解析方法,研究了深水钢悬链立管的J型铺设作业过程中的静力分析,引入一种称为分段力学模型的优化模型。首先基于悬链线理论建立悬链线模型进行求解,然后在悬链线模型的基础上对立管进行分段计算,变形大的区域使用大变形梁理论,依据奇异摄动法渐近展开二阶非线性微分控制方程,其余区域使用悬链线理论重新求解,最后合成两部分结果为整体解。与悬链线理论和大变形梁理论对比分析之后发现,分段力学模型对边界条件满足较好,计算结果与高精度的大变形梁理论结果相当。同时,使用分段力学模型来分析了湿重以及刚度的参数敏感性影响。

海底管道J型铺设过程分析

以海底管道J型铺设过程为研究对象,运用海洋动力学软件OrcaFlex建立包含船体、张紧器、管道、绞车等在内的铺设系统模型,分别对静态和动态铺设过程进行分析。在静态铺设过程中,管线有效张力由顶部至末端逐渐减小;最大von Mises应力在悬跨段先减小后增大,在管道接触海底后急剧减小。在动态铺设过程中,引发管线顶部有效张力增大的情况有:波高、水深增大,船体偏移回转,铺设角度减小;引发触底点最大von Mises应力增大的情况有:波高、水深增大,铺设角度减小。船舶横倾及尾倾均减小管线顶部有效张力,但对触底点最大von Mises应力无明显影响。波浪周期的影响较特殊,在某一范围内存在特定周期使得张力和应力响应最大。

J型铺设升沉运动下管道动态响应分析

为了研究J型铺设升沉运动对管道应力的影响,利用ABAQUS软件对管道进行有限元建模,分析了不同水深、铺管角度和管道容重下船体下方10 m和TDP附近管道的动态响应。建模时采用PSI单元模拟管道与海底土壤之间的相互作用,将土壤反力定义为非线性。分析结果表明,在船体升沉运动影响下,轴向张力的变化是导致管道应力变化的重要因素;TDP附近的应力变化不仅要考虑轴力变化,还要考虑弯矩变化;若以增大壁厚的方式增大容重,则管道抗弯刚度增大,尽管TDP处管道静态应力呈增大趋势,但最大动态应力相差不大,接近船体处管道的静态应力和动态应力都会增大,实际作业时要根据具体情况选择管道容重。

深水钢悬链立管J型铺设时域动力分析

针对深水钢悬链立管的J型铺设作业的时域动力响应特性,先利用悬链线理论对其进行静力分析,基于动力控制方程,以集中质量法求解得到系统刚度矩阵,考虑船体运动、波流载荷以及管土作用,根据广义α理论将时间离散后积分求解,建立数值求解迭代步骤,得到立管受力分析结果。以3 000 m水深钢悬链立管J型铺设为例,使用Orca Flex软件进行计算分析,结果表明:(1)触地点的冯米塞斯应力和弯曲应力最大,立管顶端的有效张力最大;(2)铺管船的性能影响立管铺设,对触地点冯米塞斯应力和弯曲应力以及顶端有效张力的时域分析表明,其幅值变化范围较窄,铺设系统稳定;(3)校核API规范,各项数据满足铺设要求,可以为工程实际提供参考。

J型铺设系统施工工艺研究

J型铺设法被认为是最适用于深水和超深水管线铺设的方法。文中针对16 000 t深水半潜式起重铺管平台所采用的铺管形式及J型铺设系统的结构布置特点,将J型铺设工艺分为管线初始铺设、正常J型铺设周期和管线终止铺设三个部分。管线初始铺设包括初始准备、管线初始端PLET的安装及连接PLET与起始桩;正常铺设周期是指在平台甲板上进行管线装载开始直至管线从J型塔下放入水的一系列工艺流程;管线终止铺设包括收弃管作业过程。系统研究各部分的工艺流程,提出了适合目标平台所配备的J型铺设系统的铺管程序,为今后J型铺设系统的研究及实际铺设工程作业提供参考。

深水海底管道J型铺管法及关键技术浅析

随着近海油气资源的日益枯竭,走向深水是海洋工程未来发展的方向。深水海底管道铺设是其中重要的组成部分。本文将概述海底管道铺设方法,并着重对深水海底管道J型铺管法及其关键技术予以详细介绍和说明,以为今后类似工程提供参考。

深水J型铺管系统塔架动态分析试验研究

J型铺设是适用于深水管道铺设的重要方法。塔架作为J型铺设系统的关键部位,其结构性能尤为重要。本文通过建立塔架的三维力学分析模型,研究在复杂海况下J型铺设系统塔架的动态响应。通过搭建深水J型铺管系统模型试验台,对J型铺设系统进行模型实验研究,研究塔架的应力分布情况,对比数值模拟的结果。研究结果表明,波向角在0°-90°变化时,波向角越大,塔架的应力、应变越大,最大应力出现在底部桁架过渡位置。

深水钢悬链立管铺设安装作业窗口分析

钢悬链立管J型铺设作业窗口是为了确定其正常铺管的环境条件,找到正常铺管和弃管作业的界限。本文以API RP 2RD立管规范许用应力法和semi-submersible半潜式铺管船的张紧能力为作业窗口综合校核准则,使用ORCAFLEX软件建立钢悬链立管J型铺设有限元模型,分析铺设过程中浪流相对方向、不同波浪方向下波高-周期、波浪-海流条件下的立管强度和产生的最大有效张力,以此确定钢悬链立管J型铺设作业窗口。结果表明,浪流同向时作业窗口最小;当海流大小一定且与波浪同向,波浪方向为180°,波浪周期在铺管船固有周期附近时作业窗口最小;铺设作业系统对于波浪的敏感性更强。同时,分析了J型铺设作业窗口的影响因素,除波浪、海流的影响外,铺管船和立管的特性也对作业窗口作用明显。在铺设系统设计以及铺管作业时,环境载荷、铺管船、和立管结构等方面是决定铺管作业窗口的核心因素。

南海环境中的钢悬链立管安装过程分析

应用OrcaFlex对南海某半潜平台上的钢悬链立管的安装过程进行动态分析，校核钢悬链立管在整个安装过程中的最大等效应力、最大弯曲应力、有效张力，分析内容包括铺管，提管以及移管过程，为其他的类型的立管安装的设计或分析提供参考。结果表明，直径273．05mm，壁厚31．75mm的钢悬链立管在铺管，提管和拉管的过程中均处于安全状态，结构强度可以满足要求实际的海况环境载荷和安装状态下的应力及张力要求，可以进行实际海况下的安装工作。

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。

海底管道工程中立管的安装方法

海底管道工程是我国的重要管道工程类型之一,其不同于一般的地面工程,主要的特点是在实际的施工中,更多的是倾向于海底施工,而且设计和建设都需要考虑海底的情况,加上水下情况的多变性,在实际的施工建设中,存在的障碍比较多,因此,深海的海底管道工程始终是每一个国家的难题。其中,立管的安装工程更是比较困难的步骤,因为水压的缘故,需要考虑到其不同的水压特征等,所以本身的建设难度更大。这就需要很对海底管道工程的立管部分进行深入的研究。所以,本文从海底管道工程建设的难点入手,全面展开海底管道工程中立管的安装方法的探究。