管沟对浅地层剖面图影响的多弧现象形成分析

为保证海底管线的安全,在海底管线外部调查中,获得管线的平面位置、埋深、裸露或悬跨高度是调查的重要内容,浅地层剖面仪可以有效地解决这一问题[1]。一些管沟明显地区,管线仪调查得到的管线图像出现多重线弧线现象,对管顶面的判别,管顶位置及管线埋深、裸露、悬跨高度的判断造成困难,文章结合海底管线铺设方法以及浅地层剖面仪工作原理,采用分解分析多重线弧状态的形成机理,并提出了在多弧现象中辨别管顶面以及管沟底的方法,以提高管线剖面资料处理的准确性。     

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.     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

地震断层上海底管线的适应能力研究

地震断裂带作用是埋地管线的主要破坏原因,海底管线的抗断裂带能力分析和计算仍然是工程设计中的一个薄弱环节.本文在充分考虑海底管线埋设环境特点及其在地震断裂带的受力状况下,给出了海底管线的抗断裂带错动适应能力校核公式,并结合一工程实例的计算和分析,说明海底管线的断层适应能量要明显高于陆地管线.最后结合理论分析,给出提高海底管线断裂带上适应能力的工程建议.本文的研究结果对加强海底管线的抗震设计能力,提高对海底管线的抗震适应能力的认识,指导海底管线工程施工都具有重要意义.     

综合物探技术在海底管线探测的实践

海底管线是海洋工程重要的水下基础设施,起到供电、供水、输油、通讯等作用。随着船舶大型化进程,现有航道不断拓宽与加深,为了保证已敷设缆线的安全,准确探明工程区域海底管线的三维坐标极为重要。本文利用多波束、磁力仪、浅地层剖面设备对海底管线的位置及埋深进行探测,达到了很好的探测效果。     

海底埋设管线平管起吊运动分析

基于有限元软件OrcaFlex,充分考虑不规则波浪、海流、管土相互作用以及船舶管线耦合运动,建立海底埋设管线平管起吊模型。参考DNV-RP-F110计算埋深管道受到的土壤阻力,依据DNV-RP-C205确定相关水动力系数。通过数值模拟研究分析管线在平管起吊过程中管道的运动响应以及吊绳张力的时间历程变化,为实际海底管线平管起吊提供一定理论参考。     

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用

埕岛油田地处黄河口滩海交界地带,大面积区域冲刷造成海底管线出现悬空安全隐患.海底仿生防冲刷保护系统基于海洋仿生学原理,通过仿生海草的粘滞阻尼作用,降低海流流速,促进泥沙淤积,其应用于埕岛油田海底管线悬空治理具有显著的促淤埋管效果.介绍了该系统的特点、防冲刷作用机理以及应用效果,为河流及海底管线的防护提供参考.     

海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的湍流数值模拟

本文建立了模拟海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的垂向二维数学模型.对其中的三个关键性问题--复杂边界下的湍流场计算、泥沙底床侵蚀动边界平衡剖面的确定--分别采用有限元数值方法求解改进的κ-ε双方程湍流模式、预网格剖分的边界拟合技术和基于壁面律计算剪切应力结合泥沙临界起动切应力准则进行判别的方法进行处理.为检验数学模型的可靠性,文中将数值模拟结果与实验资料进行了对比,结果显示:本文建立的数学模型能够比较准确的模拟出侵蚀平衡剖面的形态并揭示了侵蚀发生的机制.同时也表明经Shih等改进的κ-ε湍流模式适合于海底管线附近湍流场的数值计算;预网格边界拟合技术是处理复连通域下活动边界问题的有效方法;管线附近泥沙底床的侵蚀平衡剖面主要受底床附近切应力的控制,临界起动切应力判别准则在该问题中的应用是合适.     

侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管线检测中的应用

介绍了侧扫声纳和浅地层剖面仪的工作原理,并根据海底管线铺设特点,侧扫声纳系统可以高效的探测出海底面以上管道的走向、平面位置、裸露高度等管线信息和海底地形等图像,而浅地层剖面仪可以精确的获取海底管线的裸露高度、埋设深度等管线信息和海底底质情况。通过实例说明了侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管线探测的工作流程,总结出两种探测系统在探测海底目标上的优缺点,说明了多种探测手段的综合应用是海底管线探测技术的发展方向。     

声学探测技术在海底管线调查中的应用

传统管线探测多采用电磁法,存在管线定位误差大,管线埋深不易确定等缺点,采用声学探测法能弥补电磁法的以上不足,本文以山东某地海底石油、注水管线探测为实例,介绍了Geo Puls声学管线探测系统、野外工作方法及资料处理。     

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。     

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。     

在役双层海底管道试压难点分析

针对生产期间的双层海管试压工期长、油田关停损失大的特点,分析双层管对海床的传热机理中的对环境敏感因素,基于DNV-OS-F101规范要求,以初期的不稳定传热数据替代常规的稳态传热数据,对比理论计算与实测数据差异,用以判断海管是否发生渗漏,结果表明,油田的关停损失大幅减少,可供需要试压的在役双层海管管理参考。     

Research on the pipeline walking caused by cyclic increasing soil friction for free deep-sea submarine pipelines laid on even seabed

Pipelines are important to offshore oil and gas development, but suffers from the pipeline walking phenomenon due to cyclic temperature variations—where large axial walking distances threaten the safety of pipeline systems. Current research indicates that pipeline walking is triggered by steel catenary riser (SCR) tension, seabed slopes, or thermal transients. This paper proposes a new driving mechanism for the pipeline walking phenomenon, involving cyclic hardening soil strength. The finite element analysis method was adopted to analyse the soil friction difference induced walking phenomenon, and the influence of key parameters on the gain in soil friction on walking distance was studied. Pipeline walking distances under different drainage conditions in the heating and cooling processes were also calculated, and the impact of the degree of drainage in the heating process was determined. To better understand the new pipeline walking mechanism, theoretical analysis of the walking behaviour under different cyclic soil friction conditions was carried out. Analytical solutions for estimating the pipeline walking distance were also provided, based on the simplified theoretical analysis.     

液体散货码头大直径工艺管道应力分析

随着液体散货码头建设步伐加快、泊位吨级大型化、管道直径加大,进行管道应力分析对于判定油品码头管道布置的合理性、经济性和安全性起着至关重要的作用。结合工程实例采用CAESAR II管道应力分析软件论述管道布置、一次应力、二次应力和管道补偿方式等,为同类码头设计提供借鉴经验。     

含缺陷海底管道横向屈曲理论研究

考虑了初始几何缺陷对管道屈曲临界载荷的影响,基于经典热屈曲理论,推导了平坦海床上裸铺管道横向屈曲临界载荷的理论公式,给出了无限远处管道轴向力的计算公式及临界温度的计算公式。建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,并将有限元结果与解析结果进行了对比,验证了解析公式的合理性。     

Stress analysis of the subsea dynamic riser baseprocess piping

Thesubsea dynamic riser base （SDRB） is an important piece of equipment for the floating production platform mooring system.One end is connected to the rigid pipeline, carrying a rigid pipeline thermal expansion load and the other end is connected to a flexible riser, carrying the dynamic load of the flexible riser, so its function is a transition connection between the flexible riser and the rigid pipeline which fixes the flexible riser on the seabed. On the other hand. as a typical subsea product, the design will satisfythe requirements of the standards for subsea products. By studying the stress analysisphilosophy of the topside piping and subsea pipeline, a physical model and procedure for piping stress analysis of the SDRB have been established.The conditions of the adverse design load have been considered, and a combination of the static load from the rigid pipeline and the dynamic load flexibility has also been optimized. And a comparative analysis between the AMSE, DNV and API standards for piping stress with the checking rules has been done.Because theSDRB belongs to the subsea pipeline terminal product, the use of DNV standards to check its process piping stress is recommended. Finally, the process piping stress of the SDRB has been calculated, and the results show that the jacket pipe and the carrier pipe stress of the SDRB process piping satisfy the DNV standards as a whole.The bulkhead cannot be accurately simulated by the AutoPIPE software which uses the FEA software ANSYS inthe detailed analysis, but the checking results will still meet the requirements of the DNV standards.     

Analytical study on controlled lateral thermal buckling of antisymmetric mode for subsea pipelines triggered by sleepers

Subsea pipelines exposed to high temperature and high pressure (HTHP) conditions is susceptible to lateral buckling. In order to control lateral buckling, engineered buckle initiators, such as sleepers, are introduced to initiate planned lateral buckles along the pipeline at specific locations in order to ensure that the stress in each lateral buckle remains acceptable. In this study, taking the interaction of adjacent buckles into account, analytical solutions of antisymmetric lateral buckling mode triggered by sleepers are derived. With the proposed formulations, the method to obtain the accurate locations of lateral displacement amplitude and maxima of bending stress is presented and discussed. And a detailed comparison between symmetric and antisymmetric mode of lateral buckling triggered by single sleeper is presented. Moreover, the influence of the sleeper spacing on controlled lateral buckling behaviour with the consideration of axial interaction between adjacent buckles is conducted. Finally, a detailed analysis about the influence of the sleeper height, lateral frictional coefficient and submerged weight of the pipeline on the controlled post-buckling behaviour is presented. Our results show that, for smaller sleeper friction or smaller sleeper height, the symmetric mode is more likely to happen, while the antisymmetric mode is prone to occur for larger sleeper friction and larger sleeper height. One effective method to reduce displacement amplitude and maximum stress is to decrease the sleeper spacing. The minimum critical temperature difference decreases with increasing sleeper height and increases with increasing lateral friction coefficient or submerged weight of the pipeline. And an alternative way to reduce the maximum stress is to reduce the lateral friction coefficient or submerged weight of the pipeline even though the displacement amplitude increases.