深海裸置管道的侧向屈曲控制措施研究

发布时间：2020-05-17 11:34

【摘要】：铺设在深海的油气输送管道,承受高温高压的作用,极易引起管道的整体屈曲。对于深水,一般采用裸置方法铺设管道。枕木法和分布浮力法作为侧向屈曲控制措施,目的在于将一个“大”的屈曲分割成几个“小”的屈曲。研究裸置管道的整体屈曲控制措施具有重要意义。本文基于ABAQUS软件,采用管土摩擦接触模型通过隐式动力算法分析具有初始缺陷的海底管道的侧向屈曲特性,以及安装枕木对侧向屈曲的控制作用,分析温度、最大应力与侧向变形幅值之间的关系。采用弹簧单元模拟管土相互作用,分析分布浮力单元参数对屈曲特性的影响规律。根据当前的双层管等效方法建模,建立了以ITT31接触单元模拟管中管结构的数值模型,并对ITT单元参数进行分析,分析等效方法在ABAQUS有限元模拟中的适用性。主要研究结论如下:(1)枕木法使管道在预设位置发生屈曲的诱发效果很好,提升枕木高度能有效提高诱发整体屈曲的效果,降低最大应力值,但随着高度增加,其改善效果则减小。提升枕木表面粗糙度不利于改善诱发效果,但利于控制侧向位移幅值。该结论为枕木法的工程应用奠定了基础。(2)管道屈曲对于分布浮力单元参数十分敏感,相对于浮力单元长度来说,浮力的大小更为重要。通过对不同浮力单元参数的分析,揭示了分布浮力单元参数对于整体屈曲的影响机理。(3)初始缺陷波长及波幅对于对管道整体屈曲均有影响,但是波幅对于整体屈曲的影响更大,而缺陷波长相对影响较小。增加初始缺陷波幅相当于使管道提前发生了整体屈曲。(4)建立了可靠的双层管数值模型,得到了不同外管温度对管道整体屈曲特性的影响规律。
【图文】：

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1.1 论文选题的背景和意义现今海底油气管道工作条件多种多样，管道的尺寸和输送温度也各有不同。到目前为止，海底管道在海洋油气资源的开发中，依然承担着海上油气田的生命线的职责。海底管道作为油气田生产开发系统的主要组成部分，发挥着无法替代的重大作用[1]，海上油气田如图 1-1 所示。自 1947 年在美国墨西哥湾建成第一处真正意义上的海洋平台到如今已有 70 余年，随着人们的逐渐开采，浅海的油气资源日益减少。伴随着人们对深海资源的探索，20 世纪 80 年代开始，，人们在巴西、墨西哥湾以及北海等地勘探出了深水油气田，从此人们开发海洋石油气的步伐开始从浅海逐渐迈入到深海。近年来，经我国南海的油气勘测、开发表明，其油气资源蕴含量巨大，是继波斯湾、北海和墨西哥湾之后世界四大海洋油气聚集中心之一，被称为第二个波斯湾[2]。

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由于海洋油气资源的开采不断向深水迈进，海底输油管道所面临的土壤、环境载荷等复杂问题，加上本身承受的高温高压的工作条件，海底管道极生结构失效，严重者甚至破裂泄露，造成极大的经济损失和难以弥补的环境。第一条海底管道是由 Brown&Root 公司于 1954 年在美国墨西哥湾铺设成，发展至今，全世界累积铺设的海底管道总长度已经达到了数十万公里。而综合实力飞速发展的中国，海底油气也成为了不可忽视的重要资源。因而我海洋油气田开发的工程也逐步蔓延开来，作为重要组成部分的海底管道工程到了大力的发展。1985 年，我国开始铺设了自己的第一条海底管道，该管处埕北油田[4]。我国海底管道铺设工程发展突飞猛进，从 20 世纪末期发展今，总铺设长度达到 6000 公里以上，在短短 20 年内完成了 3 倍的增长，目国单就铺设长度而言已步入世界前列[3]。海底油气输送管道就好比连接海上平台、FPSO 以及港口储油设备的通道，在海底形成了一个好比神经系统的油气输送网络，如图 1-2 所示为海南至香港的输气管道[3]。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P756.2

【参考文献】