基于IVCBC涡方法和动刚度矩阵的 深海立管的三维计算模型

文章针对深海立管长细比非常大的结构特征,视立管为质量集中的多自由度索模型系统。通过有限体积法将该模型系统离散为多个有限体单元,首次提出基于应变能计算立管动态刚度矩阵的算法,并采用IVCBC涡方法计算有限体的外载荷,构建了一种三维数值研究深海立管涡激振动的新方法。应用该数值计算方法探索了立管耦合前后的振型、尾流模型、流体力以及泄涡频率的特征。发现了立管涡激振动的涡泄频率不再满足Strouhal数的规律和多频"锁定"现象导致立管出现多种高阶模态振动共存的特征,该研究为立管的设计制造提供了重要的指导意义。     

立管卡子安装方法探讨

近年来,中国海洋石油工业发展迅猛。为了控制油田总体开发成本,新建的海上采油平台往往依托于原有平台的工艺处理和油气集输系统。这就需要铺设相应的海底管道和电缆,将新旧平台连接起来。海管和平台之间需要通过安装在导管架上的立管来连接,而用来固定立管的结构物一立管卡子的安装步骤是比较复杂的,通常需要动用大型浮吊船舶,成本高昂。本文系统地介绍了利用气动绞车安装立管卡子装方法。该方法可以不借助浮吊,有效地节约了工程成本。     

海洋集束管道--油田内部输送的一种精明解决方案

海洋集束管道(以下称"管束")系统由承载管、护套管和输油管线组成.该系统提供了一种创新的油田内部油气输送的解决方案.由于其自身的特点,管束比传统的单壁管道有若干优势,尤其对有多根油气管线和高保温要求的情况下受益更大.主要的好处包括优异的保温性能,以利防止结蜡和水化物生成;多根出油管线其机械和腐蚀保护;安装简单及费用低廉;重复使用性等等.随着中国近海油气工业的发展,从浅水区到深水区,越来越多的碳氢化合物资源被勘探和发现.管束系统在某些情况下可以成为一种既安全又经济的精明解决方案.本文的目的是综述管束技术、提出详细工程设计中的问题和解决方法.重点是它在中国近海油田内部输送中的潜在应用.着重介绍了管束系统的设计原则和方法.本文的姐妹篇则专注于管速系统的建造和安装.在本文最后用一个例子展示了管束系统的概念和应用.     

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。     

柔性立管构型比选及目标油田构型推荐

柔性立管是一种重要的立管形式,由于其在恶劣环境条件下具有优越的性能在海洋油气田开发中得到广泛应用。针对目前主要应用的立管构型进行介绍,并进行了深入对比分析。依托某油田开发方案设计,基于集中质量模型,利用Orcaflex 软件建模,对不同立管构型进行时域动态分析,得出立管最大有效张力、最小有效张力以及最小弯曲半径等数据,推荐适应目标油田的立管构型。     

柔性立管构型比选及目标油田构型推荐

对目前主要应用的立管构型进行介绍,并进行深入对比分析。依托某油田总体开发方案,基于集中质量模型,利用Orcaflex软件建模,对不同立管构型进行时域动态分析,得出立管最大有效张力、最小有效张力以及最小弯曲半径等数据,最后推荐适应目标油田的立管构型。     

深水半潜式平台钢悬链立管提升过程模拟分析

针对国内首个半潜式生产平台的钢悬链立管（steel catenary riser,SCR）的安装过程进行研究，给出了适用于半潜式平台的SCR张力转移、提升和就位方案。结合浮式平台和立管布置特点，给出立管提升系统锚链下放点初步位置，并用数值方法对SCR张力转移、提升和就位过程进行模拟。在空管和注水两种工况下给出了SCR顶部张力、立管与旁通最小净距以及立管顶部的倾角，进一步验证了论文提出的安装方案的可行性，同时给出了立管提升系统需要的最大张力，为保障海上施工现场安全提供技术支持。     

深海立管涡激损伤的虚拟激励法计算

针对深海立管长细比非常大的结构特性,使用索模型单元计算结构的非线性刚度阵,并验证了模型的有效性;在立管离散点处的平面上考虑结构与流体的耦合作用,采用离散涡方法计算了立管二维模型在均匀海流下的涡激升力载荷,为随机振动分析提供载荷谱,用于构造虚拟激励。最终将立管的涡激振动看作平稳随机过程,采用随机振动理论中的虚拟激励法求解立管在涡激力激励下的响应。基于P-M准则,对响应进行计算得到立管的年损伤率,实现了深海立管的疲劳损伤预报。     

台风条件下TLP串行立管系统碰撞分析

TLP立管系统以丛式方阵排列,台风条件下立管在波浪、海流及平台的联合作用下可能发生碰撞,有必要深入研究TLP串行立管系统的碰撞情况。文章基于DNV-RP-F203规范和Huse半经验尾流模型,提出台风条件下串行立管下游立管来流速度计算方法和立管系统碰撞分析方法,建立串行立管—井口—导管系统耦合有限元模型,研究台风条件下串行生产立管系统碰撞时的力学特性,在整体碰撞分析的基础上进行立管局部碰撞精细化分析,对比分析立管局部碰撞理论解和仿真解的不同。结果表明:下游立管来流速度的计算至少采用文中建立的方法迭代3次。串行立管发生碰撞时的最大应力发生在泥面导管处,碰撞位置应力发生了突变;立管发生碰撞的位置在水深100-120 m范围内。立管局部碰撞分析的理论解和仿真解基本吻合。     

新型深水立管提升系统设计及展望

描述了深水油气开发中立管安装工艺、关键技术和分析方法。针对S型铺管船进行立管安装时存在的托管架难以靠近平台、张力转化复杂,水下操作多等难题,设计了一套全新的深水立管提升系统。该系统适用于1 500~3 000m水深处钢质悬链线立管(SCR)的安装,实现了S型铺管船在铺管完成后即能直接进行安装立管,减少了大型船舶的动复员,有效节约了成本。另外,这套深水立管提升系统通过改进也可用于安装其他管道上的结构物。     

FPSO单点系泊系统改装选型

针对未来多油田替代需求,旧油船改装FPSO能够适用于多个油田替产需求,通过对比分析不同FPSO的单点系泊系统差异性和改装选型关键点,得到改装量最少、海上安装最便利的单点系泊系统改装方案,使其能够与原FPSO水下系泊腿的回接,单点舱室设备满足立管、滑环等工艺设备的对接,实现多油田的替换生产。     

立管完整性管理分析

立管系统因海洋环境的时变性和不确定性以及与周围土壤相互作用的复杂性，疲劳和结构响应非常复杂，是一项建设成本大、运行风险高的海洋工程。近年来随着能源紧缺带来的世界范围内油气价格的不断攀升，国外油气公司或作业者越来越重视对深水立管系统进行全寿命期间的完整性管理，通过对失效因素的监测、检测以及对原设计的重新复核，适时合理地制定维护、维修计划和措施，避免不必要的因泄漏和停产带来的健康、安全和海洋环境的巨大经济损失，达到追求油气田开发建设效益最大化的目的。结合联合工业项目-立管完整性管理推荐做法（DnV-RP-F206），重点介绍立管完整性管理概念，完整性管理过程／体系文件建立内容，以及立管主要失效模式和常用的监测、检测方法，并以一个墨西哥湾深水立管系统监测实例说明完整性管理内容。     

超深水钻井立管总体性能分析

本文基于API相关规范,系统梳理了钻井立管总体性能分析的主要内容,形成了超深水钻井立管分析的总体流程,并分析了超深水钻井立管中张紧器及伸缩节等关键位置的模拟方法。在此基础上选择作业水深12000尺超深水钻井立管,在DeepC软件中建立了包括作业平台、张紧器、伸缩节及柔性节点等在内的系统模型,选择合适的海况进行立管总体性能分析,给出了钻井立管总体性能参数的分析方法和结果,为超深水钻井立管的设计和分析提供参照。     

新式复合立管弯曲刚度的研究

基于目前使用的深海立管,研究设计了一种新式复合立管,并通过理论推导得出新式复合立管的弯曲刚度计算公式,采用有限元模拟的方法,对该类型立管在弯曲载荷作用下响应进行分析。研究表明,有限元方法较好地模拟了新式复合立管的弯曲动态过程,验证了新式复合立管的弯曲刚度计算公式的正确性。     

深水钻井立管建模与角度安全控制

从水面钻井平台与水下立管联合作业的安全角度出发,提出一种将钻井立管的力学响应限制特性引入水面平台动力定位闭环控制中的位置保持方法,实现水面钻井平台（或船舶）基于立管角度响应的动态定位。利用有限元方法建立包括立管系统质量、系统刚度、结构阻尼和水动力载荷在内的立管运动控制模型。联合水面浮体和水下立管的低频运动特性建立水面浮体运动偏移与水下立管顶端角度及末端角度的相对运动关系模型。在此基础上,设计基于立管运行响应的动力定位控位方法,实现对立管顶端角度及末端角度的安全控制。仿真结果表明,所提出的方法可行,在外界突变的环境载荷瞬时作用于水面浮体时,能更快地跟踪新的期望最优位置,保证钻井立管运行在安全界限内。     

SALS单点系泊系统立管水弹性应力分析

本文应用水弹性理论研究单点系泊系统立管的强度问题。讨论了有固定强迫漂移运动的立管水弹性计算方法,提出了适用于深海多节铰支立管计算公式,并编成计算程序,对 SALS 系统立管进行了计算检验。     

浮式平台水下电缆（立管）快速解脱及存储技术研究

以流花11—1平台生产立管系统解脱为例,介绍平台立管系统解脱的新方法及创新技术。提出新的施工方案,并将电缆密封装置、电缆（立管）防弯等新技术引入到施工中,使得电缆（立管）解脱所花的时间较常规方法缩短一半以上。     

浮筒单点系统缓波式柔性立管疲劳分析

将非黏结性柔性立管应用到浮筒式单点系统中去,借助ORCAFLEX软件建立浮筒式单点系统的耦合分析模型。利用ABAQUS软件研究柔性立管各层在张力和弯矩作用下的应力分配,得到内抗拉层和外抗拉层的应力系数,进而对立管进行浪致疲劳和涡激疲劳分析。结果表明:该系统中柔性立管的疲劳寿命主要取决于内层抗拉层,最大疲劳损伤出现在限弯接头与立管连接点附近,张力影响因素对该点的疲劳损伤影响大于曲率影响因素。     

水下清管系统现状

介绍了两种清管系统:单程清管系统和环路清管系统.通过国外一油田,分析了水下清管系统基本结构、基本原理和安装方法,提出了清管系统设计中的关键问题.     

海底管线钢管的检验

近十年来,随着我国近海油田的开发,国内对海底管线钢管的需求在不断增加.现在国内钢铁工业企业已能成熟的大批量生产不同外径和壁厚的海底管线钢管.