海流引起的海底管道周围砂质海床局部冲刷

海流引起的海底管道周围海床冲刷是海流、管道与海床之间的动力耦合作用问题.目前对管道周围海床冲刷的研究主要是通过试验观测的方法进行的.本文分析评价了近年来海底管道周围砂质海床局部冲刷试验研究的主要研究成果,其中包括局部冲刷机理、极限平衡冲刷深度预测、管悬空长度预测等内容,并对已有研究成果的工程应用进行了初步分析.     

数值模拟中海床临界冲刷切应力的计算方法

针对目前计算海床临界冲刷切应力公式适用性不强的问题,文章从实测资料出发,借助于波流共同作用下的泥沙数学模型,提出了一种经过验证的计算海床临界冲刷切应力的通用性方法。该方法不需要大范围的海域泥沙实测资料,其适用性相对较强,且能在一定程度上很好的保证海床临界冲刷切应力的连续性,减少人为随意的手动调试。     

海流--管道--海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制

海底管道涡激振动和管道周围海床冲刷是海流--管道--海床之间复杂的动力耦合问题.文章应用量纲分析方法对海流、管道与海床之间的动力耦合作用进行了分析,确定了在实验模拟中应遵循的相似准则.在此基础上,研制了一套能模拟海流、海床与海底管道之间相互作用的实验模拟装置.初步实验结果表明文中研制的实验模拟装置能够模拟典型海洋环境下海底管道的涡激振动和管道周围海床冲刷等问题.     

海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析

海底管道靠近海床表面处受海流冲刷,管道与海床表面产生一定间隙,该间隙与管道直径的比值定义为间隙比。通过数值模拟和物理模型试验,研究间隙比对管道绕流的水动力特性的影响。物理模型试验中,六分力天平测得管道的阻力和升力,数值模拟研究管道尾流流态和旋涡发放频率。结果表明:间隙比低于某临界值时,海床的存在阻碍了剪切层与层外流动间的相互作用,抑制层内涡量的传递,下游旋涡得不到充分发展,发放频率有所降低;海床壁面加剧管道两侧压力分布不均匀,压力差增加,因而管道阻力和升力增大;间隙比高于某临界值时,海床的抑制作用逐渐削弱,旋涡脱落趋于规则,海床未对绕流产生较大影响,管道受力随之趋于稳定。该研究可为海流冲刷引起的海底管道悬跨现象的安全设计提供理论指导。     

册镇海底管线沿线海床冲刷原因及冲刷趋势研究

海床冲刷可能导致海底输油管线裸露悬空,影响其运营安全。文章针对册镇海底输油管线沿线海床的冲刷现象,利用杭州湾大范围海域潮流数学模型和海床冲淤计算方法,分析了造成海床冲刷的原因,预测了冲刷的发展趋势。研究结果表明:册镇海底输油管线沿线海床冲刷主要与新泓口围垦的局部挑流及金塘大桥的阻水作用有关。随着规划围垦工程的实施,沿线部分海床还将进一步冲刷。     

复杂地质条件下海底管道路由选择技术

海底管道是海洋油气田开发的重要组成部分,随着我国海洋油气田的大规模开采,海底管道在未来海洋石油工业链条中的纽带作用将越加突出。首先介绍海底管道路由选择面临的海床地质特征:海床不平整、冲刷、断层、液化等,其次介绍基于复杂地质条件海底管道路由选择流程和接受标准,最终阐述海底管道路由选择的设计方法。本文的研究成果既是对中国海区已运行项目的总结,也为我国南海深水油气田开发及拓展国外市场提供参考。     

海底管道在位强度分析

海底管道是海上油气田生产设施的重要组成部分，是保证油气田正常运转的生命线。海底管道在位强度分析对研究其破坏机理及进行安全评估非常重要。基于DNV2000海底管道设计规范和相关文献，根据波浪流等环境参数、管道参数和海床土壤参数之间的关系，并结合相关理论知识，着重阐述了管道在位强度分析的计算原理。最后通过工程实例计算，完成了海底管道结构的在位强度分析及极限状态校核。     

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

海底振动管道局部泥沙冲刷数值研究

文章基于迎风有限元方法,对流动方程和泥沙输运方程进行求解,建立起振动管道与泥沙冲刷的耦合运动模型。模型中通过SST k-ω湍流模型对湍流效应进行模拟;管道振动和海床变形引起的不确定边界通过ALE方法进行实时追踪;模型考虑了悬移质输沙率以及推移质输沙率对底床变形的影响作用。数值模型首先与其他已发表的数据进行了比较,表明文章所建立的振动管道局部冲刷程序能够对冲刷深度进行较为准确地预测。文章利用所建数值模型进一步对海底振动管道局部冲刷问题开展了数值研究。相关数值分析结果表明:相对于固定管道的情况,管道振动对局部冲刷有较大的影响作用,管道的振动使管道局部最大冲刷深度增大,管道后方冲刷范围变宽,最大冲刷深度位置后移。     

海底管道不平整度分析

海底管道不平整度分析是根据海底管道悬跨分析的结论,研究海底管道铺设在不平整的海床后其自由悬跨长度、悬跨高度以及自由悬跨产生的应力、应变是否满足要求。本文首先分析海底管道不平整度分析涉及参数,然后结合工程实例,对我国南海深水区复杂地质情况下一条预建海底管道不平整度进行分析评估,并提出合理的优化方法。本文的研究成果对今后类似海底管道不平整度分析有参考意义。     

基于AutoPIPE的海底悬空管线挖沟埋设应力分析

基于AutoPIPE软件考虑管土作用机制,以施加密集V-stop模拟海床,并通过改变V-stop位置模拟挖沟过程,悬空管道在治理过程中的应力表明,一次挖沟成型与多次挖沟成型之后的管道应力相同,但多次挖沟成型过程中的应力峰值明显低于一次挖沟成型,而避免了悬空管道在挖沟过程中可能发生的屈服破坏;海底悬空管道挖沟埋设过程中随着挖沟深度和管道温差的增加,管道应力、屈服位移呈现增大趋势。     

海底管道水下湿式维修法在工程中的应用

海底管道的安全可靠运行是海上油气田生产的根本保障。近年,由于海水冲刷悬空、海上拖网捕鱼作业等,在我国近海相继出现了几次海底管道泄漏事件。2002年10月初,南海西部涠洲12-1至11-4油田海底管道发生的一次泄漏,造成了该油田停产和巨大的经济损失;该文通过该工程所采用的水下维修实例,介绍了一种典型的海底管道水下机械连接维修方法及其实施中的难点和关键点,以期对类似工程具有指导作用。     

海底管道管跨的预防和治理

埋设于海底的输液管道,由于海床不平坦或海流对不稳定海床的长期冲蚀以及内外流引起的管道振动等复杂因素,不可避免地使海底管道出现悬空段。本文以海底输油管道为研究对象,分析了管跨形成的原因及危害,提出了管跨的预防及工程治理对策。     

海底埋管的上浮风险

海底输油输气、离岸深水排污和滨海电厂取排水等都经常建设海底管道,波浪、潮流等水动力引起的海床变形和稳定性是海底管道工程设计中必须考虑的关键问题之一。大直径管道的综合密度往往小于天然淤泥的密度,管道埋设采用原土覆盖回填时可能发生上浮。在波浪作用下,覆盖层发生沙土液化,管道也可能浮出床面,发生事故。通过分析回填土的密度变化规律和范围,以及波浪作用下的沙土液化规律,分析特定工程海上埋管的上浮风险。     

隔水板桩与海底管道下方土体渗透破坏的对比分析

隔水板桩和海底管道地基土体的渗透破坏是两个典型的工程失效问题.分别对隔水板桩地基和具有一定嵌入深度的海底管道下方土体渗流场进行有限元模拟分析.结果表明,板桩地基渗流场的最大水力梯度出现在板桩最下部,其值在接近板桩底部的很小范围内显著增大.而海底管道在海流作用下的地基渗流场则呈现不同的变化规律,水力梯度最大值出现在上下游的管道与海床表面接触处.将隔水板桩地基渗流的计算结果与理论解进行了比较分析.参考计算得到的海床地基渗流场最大水力梯度的位置及渗透力方向特点,推导得出了海底管道下方海床发生渗透破坏的临界水力梯度表达式.     

基于三维海床的海管路由设计技术

近年随着深海油气田的开发,远离海岸线的项目逐步增多,其海床的构造与浅海有较明显的区别,海管路由存在海床崎岖不平和地质状况复杂多变等困难,给海底管道的设计和铺设等带来很大挑战。本文通过对三维数字化海床海管路由设计技术的探讨,提出适用于海管设计阶段的海管路由设计流程,最后通过南海某项目的实际路由,依据设计流程,结合三维可视化软件Fledermaus和应力分析软件Sageprofile完成该管道的路由设计。本文可为基于复杂地形和多变地质条件下的海管路由设计提供参考,为进一步开发南海深水项目打下基础。     

LNG海底低温管道技术研究及应用

为应对液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)接收终端海上化趋势,海底低温管道技术的研究应运而生。从工程造价和技术可行性方面考虑,LNG海底低温管道输送系统优于栈桥低温管道输送系统,由于LNG储存和传输的温度较低,海底低温管道在结构组成、管道材料、保冷材料、管道轴向应力吸收装置、检测系统和建造施工等方面相比陆上低温管道具有较高的技术要求。针对该情况,开展相关研究,结果表明,内壁管材采用9%Ni钢,保冷层选用气凝胶,利用隔离板技术克服管道产生的轴向应力,采用光纤传感技术实时监测管道的运行状态,可满足LNG海底低温管道实际应用要求。     

海底管线抗震设计方法研究

现用海底管线的地震应力计算方法存在着计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,研究在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过计算发现在设计地震条件下,管土之间的约束实际上已进入了塑性滑移状态.结合理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力.并用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用.最后通过新的应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行在役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础.     

跨航道海底管道的深挖沟保护

深挖沟填埋是对跨航道海底管道保护最常用也是最经济有效的方法。在制定深挖沟施工方案时需要重点考虑几个关键参数,包括土壤剪切强度、海底管道抗弯曲强度、挖沟机械设备的能力、挖沟回填的工程量等。挖沟后调查能够检测并及时反馈挖沟效果,是保证挖沟质量的关键。深挖沟后的沟槽回填是一项必不可少的工作。通过具体工程案例,分析了跨航道海底管道4 m深挖沟的影响因素,根据施工现场的实际情况制定了合理的挖沟方案,顺利完成跨航道海底管道的深挖沟掩埋工作。     

海底管道悬空成因及防治

海底管道是海上油田生产系统中的一个重要组成部分,维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境的重要环节。由于埕岛滩海油田地处黄河入海口滩海交界地带,地貌条件十分复杂,在强烈的水动力因素与不稳定的海底条件作用下,平台及海底管道附近海床遭到强烈冲蚀,使平台附近与立管连接的海底管道出现悬空现象。裸露悬空的海底管道在海流及海浪的冲刷下,产生涡激共振,一旦这种振动引起的动应力超过疲劳极限,管道就会在悬空最严重的部分(立管底部)产生应力集中以至产生疲劳裂纹。当海底管道局部位置超过一定的屈服极限,就极有可能断裂,引发原…