南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析

基于三维非线性时域有限元程序对自由站立式立管(FSHR)进行了总体强度分析,并在此基础上对影响FSHR总体性能的主要参数进行敏感性分析,探讨设计变量的不确定性对FSHR总体性能和布局的影响.计算结果表明百年一遇海流载荷工况下为最危险工况,跳接软管和FPSO共面,波浪沿立管流向FPSO方向为最危险浪、流组合方向;FSHR系统对浮体运动和钢性主管之间具有良好的解耦作用;改变单一敏感性参数不能使得FSHR总体性能向好的趋势发展,需要同时调节几个参数才有可能使得FSHR总体性能达到最优.     

深水自由站立混合立管的响应特性参数分析

作为深水油气开发中的一种先进立管形式,自由站立的混合立管得到了越来越多的关注。文章采用一可高效处理几何非线性的有限元程序对一典型混合立管进行了参数分析,研究了在海流的作用下浮箱的直径、长度、潜水深度及柔性管的长度等参数对立管静力平衡位形的影响。在浮体横荡和规则波作用下的动力分析则证实了混合立管的准静力响应特性。当浮箱置于水下一定深度时,由海面浮体运动和波浪作用引发的浮箱运动很小,以至于它对柔性管动力响应分析的影响可以忽略。     

集束塔式立管总体疲劳分析方法研究

考虑到集束塔式立管比单根塔式立管在总体疲劳分析时更加复杂,利用＂等效＂理论方法对集束塔式立管进行处理,建立集束塔式立管有限元模型,提出集束塔式立管总体疲劳（包括运动疲劳和VIV疲劳）的分析方法,并通过实际的案例给出相关计算结果,证明该方法是正确和合理性的。     

张力腿平台顶张紧式立管强度分析

顶张紧式立管（Top Tensioned Riser,简称TTR）是张力腿平台（Tension Leg Platform,简称TLP ）的关键部分之一。根据API RP 2RD 规范,探讨了TLP平台TTR的总体强度分析方法,并以中国南海某油田环境条件为基础,采用单层管等效模型模拟多层管TTR,利用Orcaflex软件对TTR总体强度进行了分析,同时探讨了采用规则波或不规则波以及内孤立波对立管应力分析结果的影响,对今后TTR的研究和设计具有一定的参考作用。     

顶部张紧式立管强度设计分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,提出新的管中管结构的等效方法。通过分析立管结构的受力控制方程,得到立管受力分析的主要影响参数,按照轴向刚度、抗弯刚度、立管湿重和液体湿重等效原则,实现立管力学性质的等效。使用Orca Flex软件非线性时域分析立管遭受的四种典型工况,分别获得张力和弯矩,依据管中管结构外管和内管的刚度在等效模型中占的比例进行分配,根据API规范确定管中管结构外管和内管的应力,得到TTR四种工况下的强度分析结果,认为在半潜平台下,TTR强度满足设计要求。     

自升式抛石整平平台站立状态总体性能分析

"津平1号"是成型的带桩腿提升自升平台的高精度深水抛石整平船。介绍了该整平平台的有限元计算方法和过程,并校核了其在设计环境条件下站立状态时的桩腿强度、平台抗倾覆稳性、锁紧装置能力及桩腿最大支反力等总体性能指标。     

顶张紧式立管涡激振动疲劳分析方法系统研究

涡激振动疲劳分析作为立管工程设计中重要内容,成为深水海洋工程中不可忽视的一部分。本文结合我国南海深水油气田开发前景,参考国际业界工程经验积累,基于行业国际主流分析软件Shear7系统介绍了顶张紧式立管的涡振疲劳分析流程,包括涡激振动的发生机理与理论方法,结构模型创建,流速输入转化等方面。此外通过典型算例对所提出的截面疲劳分布流速法与传统的平面投影法进行结果对比,对这种简化方法论证了其应用与参考性。文章着重分析过程细节,对工程实践中的涡振疲劳分析具有实际应用价值。     

塔式立管涡激疲劳损伤敏感参数研究

针对西非海域的塔式立管,考虑沿水深变化的不同流速截面,分析塔式立管在不同参数下的涡激振动响应及疲劳损伤沿管分布,讨论立管顶部张力、管内流体密度、立管外径、立管壁厚和SHEAR7能量阈值等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示,由于制造和安装误差等因素导致这些参数的改变,对结构的涡激振动疲劳损伤影响显著,应该在工程设计中引起注意.     

塔式立管的国内外工程应用现状

考虑到塔式立管在中国南海油气开发工程中具有应用前景,通过调研,系统分析塔式立管的工程应用现状、结构特点、安装方式.     

参激振动对顺应式垂直通路立管涡激振动的影响

顺应式垂直通路立管(CVAR)是目前处于研究阶段的一种新型的立管类型,在海流作用下产生涡激振动,在平台垂荡运动作用下产生参数激励振动。为了研究参数激励的影响,本文引入尾流振子模型模拟漩涡脱落对立管的作用,同时考虑浮式平台升沉运动产生的参数激励,建立了CVAR参激-涡激联合振动方程,获取联合作用下的动力响应,并与纯涡激振动响应进行对比。结果表明,在相同的流速下CVAR中部涡激振动幅值最大,流速的增大会导致涡激振动的频率增大,发生高阶锁振,高阶锁振振动幅值比低阶锁振振动幅值小。考虑参数激励之后,较纯涡激振动而言,立管的振动幅值增大;当参激频率与涡激振动频率接近时,立管的振动幅值最大。     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤分析

针对钢悬链式立管的特点,采用了简化后的振动模型,在ANSYS的CAE模块中根据悬链线方程建立了立管的有限元模型,并对立管进行了模态分析。通过对前若干阶模态进行后处理,得到包括归一化振型、斜率以及曲率的模态输入文件,将此模态文件输入SHEAR7中,进行涡激振动分析,计算出立管年疲劳损伤率。计算结果表明：立管的疲劳损伤沿着立管轴线方向呈振荡性质,且最大疲劳损伤出现在边界区域,随着水流速度的增大,立管的疲劳损伤的峰值呈上升趋势。     

深水塔式立管顶部浮力筒设计分析方法

研究深水塔式立管顶部浮力筒初步设计分析的基本流程与方法,涉及的技术难点包括顶部浮力筒设计中阻力最小化与浮力最大化的优化、浮力筒舱室的数量与尺寸的确定、单/多个浮力筒舱室破坏时浮力的裕量等。总结顶部浮力筒设计参数对设计性能影响的基本规律,并给出顶部浮力筒分析校核的主要工况载荷。以西非海域深水油气田为例,对深水塔式立管顶部浮力筒进行设计分析。范例表明提出的设计分析方法行之有效。     

深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析

根据我国南海、墨西哥湾和西非海域的流速沿深度方向的分布规律,利用涡激振动预报程序计算了立管在不同参数下的动力响应.在此基础上计算了立管沿长度方向涡激振动引起的疲劳损伤.分别讨论了立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示立管顶部预张力、管外流速分布、立管外径对疲劳损伤的影响非常明显,而管内流体密度和立管壁厚因其变化范围有限,对疲劳损伤的影响没有上述三个参数显著.