Experi mental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents

Unlike most previous studies on vortex-induced vibrations of a cylinder far from a boundary, this paper focuses on the influences of close proximity of a submarine pipeline to a rigid seabed boundary upon the dynamic responses of the pipeline in ocean currents. The effects of gap-to-diameter ratio and those of the stability parameter on the amplitude and frequency responses of a pipeline are investigated experimentally with a novel hydro-elastic facility. A comparison is made between the present experimental results of the amplitude and frequency responses for the pipes with seabed boundary effects and those for wall-free cylinders given by Govardhan and Williamson （2000） and Anand （1985）. The comparison shows that the close proximity of a pipeline to seabed has much influence on the vortex-induced vibrations of the pipeline. Both the width of the lock-in ranges in terms of Vr and the dimensionless amplitude ratio Amax/D become larger with the decrease of the gap-to-diameter ratio e/D, Moreover, the vibration of the pipeline becomes easier to occur and its amplitude response becomes more intensive with the decrease of the stability parameter, while tire pipeline frequency responses are affected slightly by the stability parameter.

Scour of the Seabed Under A Pipeline in Oscillating Flow

The scour of the seabed under a pipeline is studied experimentally in this paper. Tests are carried out in a U-shaped oscillatory water tunnel with a box imbedded in the bottom of the test section. By use of the standard sand, clay and plastic grain as the seabed material, the influence of the bed material on the scour is studied. The relationship between the critical initial gap-to-diameter ratio above which no scour occurs and the parameters of the oscillating flow is obtained. The self-burial phenomenon. which occurs for the pipeline not fixed to two sidewalls of the test section, is not observed for the Bred pipeline. The effect of the pipe on sand wave formation is discussed. The maximum equilibrium scour depths For different initial gap-to-diameter ratios, different Kc numbers and different bed sands are also given in this paper.

Numerical Simulation of Wave Forces on Seabed Pipelines

A three-step finite element method (FEM) together with Large Eddy Simulation (LES) is applied to incompressible turbulent flow around seabed pipelines at relatively high Reynolds numbers. Both two dimensional and three-dimensional numerical simulation is carried out to determine the three-dimensional effect. The results of numerical simulation agree quite well with the wave forces acting on pipeline models measured in physical model test.

Fuzzy Reliability Analysis for Seabed Oil Gas Pipeline Networks Under Earthquakes

The seabed oil gas pipeline network is simplified to a network with stochastic edge weight by means of the fuzzy graphics theory. With the help of network analysis, fuzzy mathematics, and stochastic theory, the problem of reliability analysis for the seabed oil gas pipeline network under earthquakes is transformed into the calculation of the transitive closure of fuzzy matrix of the stochastic fuzzy network. In classical network reliability analysis, the node is supposed to be non invalidated; in this paper, this premise is modified by introducing a disposal method which has taken the possible invalidated node into account. A good result is obtained by use of the Monte Carlo simulation analysis.

基于Pasternak海床模型的椭圆余弦波浪荷载作用下埋置管线动力响应解析解

通过两阶段分析方法,针对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应进行了探究。基于椭圆余弦波理论,采用Biot固结方程推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管线所受的周期波浪压力;将管线考虑为动力Pasternak海床模型上的Euler-Bernoulli梁,将波浪动荷载施加到管线上获得无限长管线的动力响应偏微分控制方程;利用Fourier变换和Laplace变换并借助卷积定理得到管线挠度、速度、加速度、转角、弯矩和剪力的动力响应解。通过与三维有限元数值算例及既有试验结果对比验证了解析解的正确性与适用性。对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应特性进行了敏感参数分析,结果表明:波浪高度H显著影响了波面形状与海床内波浪力大小,不同浪高下管线转角、弯矩和剪力的变化更明显,而挠度、速度和加速度响应敏感性则较低。

海洋石油单点系泊系统外检测技术及工程应用

海洋石油单点系泊(Single Point Mooring,SPM)系统被广泛应用于海洋油气田开发,是海上石油运输的中转终端,采用合理的检测方案以保障其安全性是海洋石油工程领域备受关注的问题。声学探测、目视检测是常用的单点系泊系统外检测技术。本研究基于EdgeTech 6205组合式双频侧扫声呐与条带式多波束测深系统、Innomar SES 2000参量阵浅地层剖面仪、国产FIFISH PRO W6水下机器人等调查装备,介绍了声学探测技术和目视检测技术在国内某单点系泊系统外检测中的应用实例。探测结果表明,该单点系泊区域地形整体平坦,局部受侵蚀冲刷影响,区域内有6条锚链沟发育,锚链沟深度为1.0-4.5 m,锚链摆动小,浮筒稳定性较好;管道埋藏类型分为完全埋藏型、浅埋藏型、裸露型3类。通过综合分析对比,查明了锚链被大量生物附着、腐蚀速度加快的具体位置,提出了定期进行防腐蚀除锈维护的有效建议。

非线性海床上J型铺管数值分析

随着全球对能源的不断增需,海上油气生产逐渐扩展至深水和超深水区域。在这一应用背景下,型铺管系统在深水区域表现出了天然的适应性。本研究基于Winkler模型和宏单元模型开发了J型铺管法数值模拟方法,利用有限差分法精准模拟了其在非线性海床条件下的力学特性。通过解析解和模型试验对比验证了该方法的可行性。在水深和不同铺设角度变化的研究中,发现水深增加导致管线触地点埋深减小和土体抗力降低,而铺设角度的变化则影响管线的弯矩和土阻力。这些研究结果为J型铺管法在实际深水工程中的应用提供了有益的理论支持和参考。

钢质海洋放流管沉放工艺研究及应用

海洋放流管沉放是海洋放流管出运安装过程中的关键环节。以长500 m、内径1 m的钢质放流管为研究对象,采用数值分析方法,以S形管段的等效应力为限制条件,确定管道沉放的临界深度;以助浮安全系数和管段负浮力共同确定气囊的浮力、气囊数和间距等配置;以水下多次沉放的方式最终实现放流管的沉放。工程实例中的标高误差、轴向误差和法兰接头缝隙均满足验收要求,证明该沉放工艺技术可靠,应用效果良好,可为同类型放流管施工提供借鉴。

Hydrodynamic Forces and Instability of Submarine Pipelines Under Waves and Currents:A Review

Stability design of submarine pipelines is a very important procedure in submarine pipeline engineering design. The calculation of hydrodynamic forces caused by waves and currents acting on marine pipelines is an essential step in pipeline design for stability. The hydrodynamic forces-induced instabilities of submarine pipelines should be regarded as a wave/ current-pipeline-seabed interaction problem. This paper presents a review on hydrodynamic forces and stability research of submarine pipelines under waves and currents. The representative progress including the improved design method and guideline has been made for the marine pipelines engineering design through experimental investigations, numerical simu- lations and analytical models. Finally, further studies on this issue are suggested.

长输油气管道X100管线钢Tandem双丝焊接技术

高效焊接技术一直是管道施工追求的目标,在经历了单/双焊炬气保护实心焊丝自动焊、海洋多焊炬气保护实心焊丝自动焊、自保护(或气保护)药芯焊丝自动焊等重大的自动焊接技术革新应用后,具有前景的"一站式"锻焊和激光-电弧复合焊接技术目前还停留在实验室研究阶段,目前已发展成熟、可大力推广应用的当属Tandem双丝焊接技术。介绍了Tandem双丝焊接技术的原理和设备开发情况,针对X100管线钢进行了焊接工艺试验,通过焊缝金属组织和全焊缝金属拉伸、矩形拉伸、硬度、夏比冲击等试验测试表明,该技术满足X100管线钢焊接技术指标要求,并进一步介绍了现场试验应用情况。

砂土海床中海底管道贯入阻力演化特征及细观机制研究

理解海底管道竖向贯入过程是科学评估管道安装期间初始埋深及服役期间安全性和稳定性分析的关键。通过土工离心机模型试验,结合离散元数值分析研究了真实应力水平下不同密实度砂土中海底管道竖向贯入阻力演化特征及细观机制。研究结果显示,对于中密砂,管道贯入阻力曲线主要表现为硬化特征;对于密砂,贯入阻力曲线整体上呈现周期性软化特征,且埋深越大,软化程度越大。离散元计算分析表明,造成该现象的原因是不同密实度砂土中管道贯入的土体流动及破坏机制不同,且贯入阻力的演化与剪切带的形成与发展密切相关。利用现行海底管道设计规范评估密砂中管道埋深时应充分考虑其贯入阻力随深度的演化特征,当管道埋深初步评估大于0.1D(D为管径)时,应结合计算结果上下限值合理预测管道埋深。

随机波作用下海底管道振动对土体液化的影响

海底管道-土体-水体相互作用对土体和管道的稳定性具有重要影响,但波浪作用下海底管道对其周围土体性质的影响仍有待深入研究。通过一系列室内波浪水槽试验,研究了波浪荷载和管道振动作用下海床土体内部的超孔隙水压力响应。实验结果表明,管道的铺设会增大海底土体超孔隙水压力累积程度,当管道发生振动时,海床土体超孔隙水压力累积程度进一步增大,从而增加了土体液化势。此外,波高增加也会导致海床土体的超孔隙水压力累积程度增大。本文研究成果对管道-土体相互作用研究和海底管道维护具有指导意义。

滚动开发模式下气井串接管线降本对策研究

为了更好地指导东胜气田开发中的低压集输工艺,在滚动建产、甜点开发模式下对气井串接管线部署模式、设计方法进行了优化。结果表明:采用干管先行部署模式,保障了当期产能释放和后续气井快速投产,减少了设计变更;采用多站串接集气模式,优化了井站关系,减少了布站数量;联用水力热力软件及GIS系统,并采用串接管线“设计—调整—施工”循环优化设计模式,提升了管网估算准确度和建设速度。通过相关技术对策,提升了串接管线对滚动开发模式的适应性,降低了建设成本。

高压交流电缆对海底管道电磁干扰的计算分析

结合现场实例,运用CDEGS电磁干扰模拟软件,建立简单模型,探究不同影响因素对管道交流干扰的影响规律。结果表明:在不同相对位置下,并行长度对交流干扰的影响程度不同;随着并行间距的减小、负载电流、负载电流不平衡度和海缆外被层面电阻率的增大,管道的交流干扰增大。通过建立简单模型进一步探究了海缆外被层面电阻率对电磁干扰的影响,结果表明,随着外被层面电阻率增加,海底电缆阻性耦合作用会增强,管道上产生的干扰电压增大。

海底管线防冲刷技术试验研究

海底冲刷现象严重威胁着海底管线的安全运营.该文从海底管线冲刷机理入手,根据海底管线防冲刷技术的基本原理,提出了仿生防护措施——"人工草"固定法,并结合现有工程项目进行了试验研究,结果表明该方法可以有效地解决海底冲刷造成的管道悬空问题,为海底管线工程的设计、施工和维护提供了指导性的参考.

海底管道失稳过程的模型试验研究

直接铺设于砂质海床上的管道的失稳是一“流—管—土”耦合问题。本文利用U形水槽产生的振荡流对管道的失稳过程进行了模拟 ,通过改变管道水下重量、管径和加载历史研究管道失稳的条件。在试验结果的基础上 ,初步得到了管道失稳的临界Fr数与管重无量纲参数之间的关系曲线 。

波浪引起的海底管线周围海床动力响应分析

在目前的海床–管线相互作用问题研究中,管线与海床交界面一般假定为不可滑动,没有考虑海床–管线接触效应,同时也没有考虑土体和管线加速度效应对海床动力响应的惯性影响,同工程实际情况存在较大差异。为此,分别基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出海床和海底管线的控制方程,进而根据摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,建立海床–管线相互作用的有限元计算模型。根据计算发现,海床–管线接触效应对管线附近海床中的有效应力影响显著,不同的管沟形状对海床中由波浪所引起的超静孔隙水压力及有效应力影响显著。

海底管线腐蚀与防护的研究进展

海底管线作为海上油气运输的大动脉,对其进行腐蚀防护十分必要。介绍了海底管线的腐蚀分类、腐蚀机理和主要防腐蚀措施,并对其腐蚀防护进行了展望。

波浪作用下孔隙海床-管线动力相互作用分析

波浪作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而,在目前的海床响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线之间的相互作用效应,同时也没有考虑土体和管线加速度对海床动力响应的惯性影响,从而无法确定由此所引起的管线内应力。为此考虑管线的柔性,分别采用饱和孔隙介质的Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出了海床与管线的控制方程,进而采用摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,基于有限元方法建立了海床-管线相互作用的计算模型及其数值算法。通过变动参数对比计算讨论了管线几何尺寸、海床土性参数对波浪所引起的管线周围海床孔隙水压力和管线内应力的影响。

非线性波浪作用下海底管线-海床动力响应分析

确定波浪荷载作用下海底埋置管线和海床的响应是海底管线设计中的关键问题。目前大多数研究只是考虑了管线、海床在线性推进波作用下的响应,并没有考虑管线与海床之间的相互作用效应。采用接触摩擦理论,考虑管线与海床之间的相互作用效应,基于有限元方法研究了非线性波浪作用下海底埋置管线和多孔海床相互作用问题。数值计算结果表明,在计算中如果忽略波浪非线性项,既有可能低估海底管线内应力及管线周围海床中孔隙水压力,也有可能高估海底管线内应力及管线周围海床中孔隙水压力。