柔性跨接管安装的三维力学分析

文章对柔性跨接管在三维空间中使用下放缆绳的安装做了相应的力学分析。根据悬链线理论,可以首先获得整个安装系统（缆绳及柔性管）的初始形态（仅受重力作用时）。其最终形态可以根据一迭代过程,使用力的平衡及协调性要求作为收敛准则来得到。通过有限单元离散法,可得柔性跨接管的内力,曲率半径及相应的位移值。为了验证文中提出方法的正确性及可靠性,将此得到的结果与OrcaFlex有限元模型得到的结果进行了对比。同时该文对两端下放缆绳的长度差对柔性跨接管最小曲率半径及最大轴力值的影响也做了一定的研究。该方法能够给实际工程中柔性跨接管的安装提供一定的参考。     

深水刚性跨接管安装过程中关键因素分析

结合中国南海1500m水深海况,使用非线性时域分析软件Orcaflex建立“M”型深水刚性跨接管有限元模型。分析跨接管在波浪及海流作用下,三种典型安装工况：提升工况,通过飞溅区工况以及着陆工况中,不同浪向和绞车下放速度对跨接管强度的影响。并根据API RP 2RD规范校核不同安装工况中的牵引力和结构应力响应是否满足要求。结果表明：提升过程中,绞车需要控制适宜的提升速度以避免发生支撑框架结构碰撞;通过飞溅区过程中, 45°浪向角时跨接管的应力响应最小,为理想施工浪向角;着陆过程中,绞车牵引力达到最大值,数值仿真可以预报安装施工船所需的基本起重能力。分析结果对南海深水跨接管安装具有一定参考意义。     

M型跨接管设计中敏感性分析的参数化研究

水下模式开发的油气田中,跨接管作为水下井口、管道终端管汇(PLEM)及管道终端(PLET)间的连接管段,与海底输送管道相比具有相对特殊的结构形式与特点。因此跨接管设计通常独立于海底管道进行。介绍跨接管的设计中需要考虑的主要因素,结合跨接管预制、安装特点以及与海底管道、水下基础的等界面影响,介绍与归纳设计中包含的敏感性因素及其影响。根据多敏感性因素的特点提出基于参数化分析的设计方法,并通过计算模拟与结果比较就各敏感性因素对跨接管在位强度的影响提供一些具有指导意义的原则与思路。     

水下管汇深水安装力学分析

近些年来随着海洋油气开采规模的扩大,水下设备逐渐被广泛应用到海洋油气开采和运输。通过研究水下管汇的两种不同深水安装方法（钻杆安装法以及绞车安装法）,得出管汇安装相关结论。基于钻杆以及缆绳的材料特性,建立两个理论模型分析并推导钻杆和缆绳在安装过程中的水平偏移以及轴向拉力的求解公式,并根据理论公式编写MATLAB程序。将程序计算结果与OrcaFlex软件模拟结果进行对比分析,验证理论公式的正确性。该理论方法将会对管汇深水安装提供一定参考价值。     

深水FPSO立管导管及基座结构设计分析

以一艘深水超大型FPSO柔性动态跨接软管的导管及基座结构为例,介绍立管导管及基座的总体布置和详细设计对基本设计的优化.立管导管及基座结构设计考虑了FPSO在位操作、极端环境、跨接软管海上安装、立管事故、FPSO船舱破损和远洋拖航等工况.按某石油公司企业标准要求开展了立管关断阀油气泄漏扩散、燃爆连锁风险定量分析,确定了立管导管及基座结构设计爆炸超压,分析了立管导管及基座结构抗爆炸事故工况的强度,进行了立管导管及基座结构被动防火设计.基于疲劳累积损伤的分析方法,预报了立管导管及基座结构的疲劳寿命.     

水下生产系统“M”型跨接管结构在地震作用下的动力响应分析

由于跨接管在水下会受到地震波作用,并且地震发生时跨接管将受到地震引起的水动力的作用,因此采用有限元法计及地震波沿水平和垂向两个方向的载荷输入,考虑地震作用下跨接管的动水作用效应、深海水压、端部位移以及跨接管内部油温的影响,进行地震作用下的跨接管动力响应分析。结构动力响应分析表明,地震下动水作用力、端部位移、深海水压以及跨接管内部油温对跨接管的响应幅值影响较大,研究地震载荷作用下跨接管动力响应应计及上述因素。     

深水系泊缆绳动力特性研究

考虑波浪、海流、顶部浮体运动与海底接触效应的影响,依据集中质量法建立系泊缆绳柔性力学模型,以一座深水半潜式平台的系泊系统为例,对比研究了各种因素对于缆绳动态张力与水中构型的影响程度,最后采用模型试验方法对数值计算结果进行验证。研究表明：缆绳的动态系泊张力主要由浮体运动所引起,可达总张力的20%左右,海流流速可使得缆绳形态出现大变形,导致缆绳卧底长度发生明显改变,危及平台作业安全,波浪与海底摩擦对于缆绳响应的直接作用较小,设计阶段基本可以忽略不计。     

缆控布放大型潜器水下钟摆运动仿真

为了对潜器下潜拉动缆绳产生的钟摆下潜运动过程进行研究,采用集中质量法进行缆索系统建模,得到潜器速度、缆绳形态和缆绳张力的变化过程.结果 表明:缆绳张力极值发生在收紧缆绳初期,该阶段张力冲击短暂,但是幅值大,可达十几吨.在之后的下潜过程中,缆绳张力较小.整个运动过程中,潜器运动速度较低,在平衡位置的位移振荡幅值也较小,始终处于安全可控的状态.因而,除了初期具有张力冲击过大问题,其余阶段安全问题不突出.当收紧缆绳时,缆绳长度越长或倾角越大,缆绳张力冲击越弱,张力幅值也显著减小.     

柔性立管阻力特性试验数据处理技术

本文提出3种数据处理方法分析均匀来流中柔性立管的初始阻力特性。首先通过分析柔性立管在均匀来流中的变形及振动情况,分离出立管流向的初始变形对应的弯曲应变。根据复杂梁的弯曲变形理论,建立起弯曲应变与平均阻力之间的微分方程。随后,针对试验中获取的立管轴向力及立管表面弯曲应变,提出计算平均阻力的数据处理方法,并进行算例验证与分析。最终使用提出的数据处理方法分析试验数据,得到立管表面各截面处的阻力分布。     

柔性立管阻力特性试验数据处理技术

本文提出3种数据处理方法分析均匀来流中柔性立管的初始阻力特性。首先通过分析柔性立管在均匀来流中的变形及振动情况,分离出立管流向的初始变形对应的弯曲应变。根据复杂梁的弯曲变形理论,建立起弯曲应变与平均阻力之间的微分方程。随后,针对试验中获取的立管轴向力及立管表面弯曲应变,提出计算平均阻力的数据处理方法,并进行算例验证与分析。最终使用提出的数据处理方法分析试验数据,得到立管表面各截面处的阻力分布。     

多相流作用下水下刚性跨接管流致振动特性数值模拟方法研究

跨接管内一般为油、气、水混合的多相流动,目前多相流作用下的管道振动研究多为实验研究,运用计算结构力学CSD和计算流体力学CFD结合的流固耦合方法对多相流内流作用下的倒置U形跨接管流致振动问题进行研究,得到管道内的多相流分布和管道动力响应,可用于多相流内流作用下水下跨接管的设计及跨接管振动疲劳寿命分析。     

基于悬链线理论的跨接软管安装计算

考虑到海洋石油平台之间和浮式生产储油装置(FPSO)与单点系泊系统之间的跨接软管成本昂贵,并且在安装过程中极易受损,为保证软管在安装过程中的完整性,提升安装作业效率,降低安装成本,采用悬链线理论对跨接软管安装过程进行分析,建立求解跨接软管长度、连接点角度、受力、高差以及弯曲半径、重心位置等关键控制参数的悬链线方程。在LF13-2油田开发项目跨接软管的安装过程中的应用表明,该方法快捷有效,可作为跨接软管安装控制的理论依据。     

30万t级油船靠泊过程实测系缆力统计分析

针对VLCC靠泊安全问题,通过统计和分析靠泊于大连港新30万t级原油码头的30万t级油船系缆力的实测数据,对30万t级油船在靠泊过程中系缆力随着潮汐涨落的变化规律、各缆绳系缆力的分布、系缆力突破预警值的情况进行了研究,结果表明各缆绳系缆力大小基本随着潮汐起伏而呈现规律性的涨落变化,而且对于蝶形布置的码头,横缆确实承受了更大的系缆力,但是各个位置缆绳系缆力相差并不大,低潮前后系缆力的极小值、系缆力的每小时增幅与系缆力突破预警值概率之间基本呈正比关系。基于研究结果,提出了有针对性的进行监护和采取紧急措施的建议。研究结果对于VLCC的靠泊安全具有参考价值。     

风流作用下码头系泊船舶缆绳张力及运动量研究

基于力的平衡关系建立了系泊船舶在风和潮流作用下缆绳张力和运动的计算模型(Qmoor),其中根据船舶类型和吨位确定其水下的迎流面积和水上的迎风面积,由经验性公式计算风、流对码头前船舶的作用力,缆绳张力采用考虑缆绳非线性变形的Wilson公式计算,同时也考虑了护舷的变位与靠泊力之间的非线性关系。计算结果与物理模型试验结果较一致,且与Optimoor软件的计算结果进行了对比。     

船舶系缆力数值计算模型及缆绳配置研究

根据某工程新建码头实际情况,船舶停靠该码头时受工程水域风、浪、流等工况影响及系缆过程中使用系缆墩数量的不同,则对于不同等级船舶靠泊时所需缆绳数量、直径有差别。文中就靠泊船舶的系缆力及缆绳配置进行计算分析。     

玻纤增强柔性管抗外压性能研究

对外压载荷下玻纤增强柔性管的力学性能进行研究,并采用有限元软件ABAQUS建立外压模型,提取管道可承受的最大外压,以验证数值分析方法的正确性。对玻纤增强柔性管进行外压试验,比较数值分析结果与试验得到的最大外压值的差异。结果表明,数值分析结果与试验得到的最大外压值的吻合度很高,提出的理论公式可用来计算玻纤增强柔性管可承受的最大外压值,为工程实践提供指导。     

基于OrcaFlex的海洋柔性管水动力分析

柔性管水动力分析的准确性与保守性直接影响着其疲劳性能计算。文章针对一种非黏结性柔性管,通过OrcaFlex对其进行整体水动力分析,得到载荷曲线;并通过波浪筛选提取典型波浪工况,将其施加到OrcaFlex分析模型中,得到了柔性管各位置处的载荷响应;最后提取了柔性管的最大弯矩和拉伸力数据,为下一步疲劳性能计算提供了数据支持。     

集装箱船舶系缆方式分析

正1手动绞缆机不足之处集装箱船舶往往在十几小时内就可以完成装卸作业,缆绳的松紧极其频繁。以往船舶通过手动绞缆机(即刹车片制动)调节缆绳松紧程度,无法自动调节缆绳,在完成系泊操作且外部条件没有变化的情况下,船舶始终保持绞缆机刹车制动力来平衡系泊外力。因此,手动绞缆机需要值班驾驶员关注艏艉系泊缆绳的受力情况,根据系泊状态人为调节缆绳松紧程度,以期安全系泊。     

水下浮筒对于深水系泊缆静态特性的影响

依据集中质量法建立缆绳力学模型,分析了浮筒净浮力大小、位置以及海流力对缆绳构型和静态张力的影响程度。研究结果表明:水下浮筒可有效降低系泊载荷与预张力,提高缆绳水平回复刚度,但可能导致缆绳最大张力位置的改变,此外浮筒净浮力与位置均存在最优值,浮筒所承受的海流力对于缆绳静力特性的影响非常有限。     

基于有限元法的双缆水下作业仿真

借鉴在船体结构中成熟运用的有限元法,融合刚体动力学的仿真分析手段,利用Matlab软件对两条水下作业的缆绳进行仿真分析,得到缆绳随时间变化形态,从而判断双缆是否会在水下发生干涉。文章首先分析了船舶运动的对缆绳投掷点的影响,其次给出了缆绳在水下的动力学模型,最后通过仿真得出缆绳在水下的形态。