海底管道波流耦合分析及软件开发

发布时间：2020-05-28 06:27

【摘要】：管道作为五大运输方式之一,有安全性高、连续性好、运输量大等优点,在海洋油气的运输中得到广泛的应用,一些发达国家的管道运输量已经接近80%。然而管道由于处于海底,检查和维修困难,特别是近岸段海管,处于近海区域,受到近床面效应的影响,波流耦合效果显著,对海底管道影响较大。因此,波流耦合场的模拟、计算、分析以及算法的优化,对近岸段海底管道的设计、施工建造,可以提供强大的理论支撑。本文重点解决波流耦合场的分析算法问题,并在此基础上,进行软件开发,为海底管道的结构稳定性评估提供可靠的载荷数据,进而达到降低海底管道运行风险、提高作业管理和事故应急能力的目的,于海底管道项目的研究及后续开展其他相关水下工程都有着非常重要的意义。论文基于大型有限元分析软件ANSYS,通过建模参数化,计算参数化,结果处理参数化,对近岸段海管进行波流耦合场的计算分析。研究探寻了波流耦合—相位角的变化规律,进而利用有限元及命令流将算法流水线化,形成不同的子程序,如建模子程序、波浪搜索子程序、后处理子程序等。再利用微软公司的C#语言,进行软件的二次开发,形成窗口式的人机交互模式,将冗杂的代码转化为可以互动的窗口服务,方便工程人员调用。本文也在软件开发基础上,实现算法的优化,减少计算机分析耦合场所需的大量时间,提高计算机效率,并开发了相关数据库,为类似工程分析,提供效率保障。其优化算法的思想,同时能为其他工程的相关计算提供一定参考。
【图文】：

无不彰显其在人类发展中的重要地位。截止到 2014 年初，全石能源探明可开采储量分别为煤炭 8915 亿吨、石油 2382 亿吨和天然气 18立方米。按照世界目前平均开采速度，这些煤炭、石油、天然气可分别开3 年、53 年和 55 年[1]。其中，陆地油气迅速开采，导致陆地油气日渐枯竭对于陆地更广阔的海洋，其油气的开发已然成为全球关注的焦点。海洋面积广阔，蕴藏着丰富的油气资源，储量丰富，可以满足日益衰减的油气资源。海洋的开发顺应了人类对能源的渴求，因此，，海洋石油的开发与的任务非常艰巨和迫切。在海洋油气的开发与开采中，海洋平台、水下生产、FPSO 以及水下机器人等结构，在海洋石油的开采发挥了重要作用。海洋石油钻井平台，可以分类为可移动式钻井平台和固定式钻井平台两定式钻井平台包括重力式平台、导管架平台、张力腿平台（TLP）等形式；动式钻井平台包括自升式平台、半潜式平台等形式。而与平台相对应的水下系统，包括采油树、管汇等结构。FPSO 为载有大型油气处理系统的储油船常使用数个海洋结构物连结成网，形成区域化的海上油气开发系统，如图示。

图 1-2 海底管道截面图避免管道在海底发生破损、断裂等突发状况造成重大经济损失坏等情况的发生，世界各个国家对于海底管道相关问题的研究计理论也较为广泛，为评估海管风险和可靠性分析，各国研究力学耦合和响应问题，也进行了较为深入的研究和探索。5 年，我国对海洋管道进行最初的工程探索，在渤海区埕北油
【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】：TP311.52;TE973.1

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本文编号：2684856