含缺陷海底管道垂向和横向热屈曲问题研究

发布时间：2021-08-01 05:35

　　随着海洋科学技术的快速发展,各国海洋油气勘探开发区域由近岸浅海逐渐向更深的海域拓展和辐射。根据开采和输送工艺的要求,用于输送油气的海底管道需要承受高温高压的作用,高温油气热载荷和管内油气压力、管外海水静压力给管道带来了显著的附加轴力。其中过大的轴力易导致海底管道发生屈曲失效,甚至导致油气泄漏,给海洋生态环境造成污染,严重威胁海洋生物及人类的生存。为此,保障海底管道在设计寿命期间结构的整体稳定性成为海洋工程设计中的一个关键共性技术问题。因此,研究海底管道热屈曲失效行为对其铺设、安全运行和维护具有重要意义。论文首先基于能量守恒推导了海底直管垂向屈曲的临界载荷,并基于Hobbs经典理论解对开发的理论模型进行了可靠性验证,另外分析了库伦摩擦系数和屈曲波形对管道横向热屈曲行为的影响。其次,论文采用弹簧单元建立了分布浮力式海底管道热屈曲数值模型,对浮力块的作用长度和浮力系数进行了影响性分析。研究表明:增大浮力块的作用长度可以减小管道屈曲变形的应力水平,但这个方法仅在浮力块的作用长度小于几何缺陷长度时适用。然后,基于能量守恒推导了软土海床含点支撑缺陷海底管道垂向屈曲的临界温升理论解,研究了海床土壤抗... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 海底管道的热屈曲类型
    1.3 海底管道热屈曲研究现状
        1.3.1 理论研究
        1.3.2 试验研究
        1.3.3 数值研究
    1.4 海底管道抗热屈曲措施
    1.5 课题提出与研究内容
        1.5.1 问题分析
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 研究路线
2 海底直管垂向和横向屈曲行为研究
    2.1 海底管道轴向载荷
    2.2 海底直管垂向和横向屈曲Hobbs解
        2.2.1 海底直管垂向屈曲Hobbs解
        2.2.2 海底直管横向屈曲Hobbs解
    2.3 刚性海床直管垂向屈曲能量解法
    2.4 结果分析与讨论
        2.4.1 垂向屈曲问题分析与讨论
        2.4.2 横向屈曲问题分析与讨论
    2.5 本章小结
3 分布浮力式海底裸置管道热屈曲研究
    3.1 管土作用模型
    3.2 海底管道热屈曲数值分析过程
        3.2.1 缺陷引入方式
        3.2.2 管道模型长度
    3.3 热屈曲试验与数值结果对比验证
    3.4 分布浮力式海底管道横向屈曲特征
        3.4.1 管长和材料非线性影响性分析
        3.4.2 浮力块的影响性分析
    3.5 本章小结
4 软土海床含点支撑缺陷海底管道垂向屈曲研究
    4.1 点支撑缺陷波形
    4.2 软土海床临界温升理论推导
    4.3 结果验证与分析
        4.3.1 理论解验证性分析
        4.3.2 海床土壤抗力系数的影响
        4.3.3 支撑高度的影响及跳跃现象成因
    4.4 本章小结
5 含初始几何缺陷海底管道横向屈曲研究
    5.1 初始对称几何缺陷波形
    5.2 有限元建模
    5.3 结果分析与讨论
        5.3.1 数值模型验证性分析
        5.3.2 含标准缺陷管道横向屈曲行为
        5.3.3 缺陷类型对临界温升影响分析
    5.4 临界温升公式拟合及应用
        5.4.1 临界温升公式拟合
        5.4.2 临界温升公式应用
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]提油作业送油管环节出现的问题与解决方法[J]. 温贵富.  航海技术. 2019(02)
[2]大港沿海滩涂区油田建设配套技术与应用[J]. 赵贤正,周立宏,刘文钰,李健,付满清,周明信,王建富.  石油学报. 2019(03)
[3]美国海洋战略及其启示[J]. 赵露,陈宁.  国土资源情报. 2018(12)
[4]船舶动力装置状态参数动态阈值方法[J]. 姜兴家,张鹏,孙晓磊,孙培廷,张跃文.  大连海事大学学报. 2018(04)
[5]新时代视域下泛南海经济圈建设研究[J]. 刘静暖,吴清燕.  海南热带海洋学院学报. 2018(05)
[6]早期世界海洋钻井装备小史[J]. 伊然.  石油知识. 2018(05)
[7]高温高压管道悬跨段竖向屈曲数值模拟研究[J]. 杨建国,陈志华,张泽超,王哲,陈坤.  天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(S1)
[8]后石油时代石油企业转型发展策略[J]. 胡文瑞.  石油科技论坛. 2018(03)
[9]中美海洋经济对标研究及我国发展海洋经济的对策建议[J]. 严小军.  浙江海洋大学学报(人文科学版). 2018(02)
[10]椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究[J]. 薛陆丰,余杨,余建星,徐立新,高静坤,刘浩.  海洋工程. 2018(02)

博士论文
[1]海底管道热屈曲及管土相互作用研究[D]. 施若苇.浙江大学 2014
[2]高温/高压海底管道横向热屈曲机理及控制措施研究[D]. 刘羽霄.大连理工大学 2010
[3]高温海底管道温度应力计算与屈曲模拟研究[D]. 赵天奉.大连理工大学 2008

硕士论文
[1]近期国际原油价格波动的影响因素及预测研究[D]. 田天珺.江西财经大学 2018
[2]海底管道铺设过程全耦合分析[D]. 张榕恬.大连理工大学 2018
[3]海底油气管道失效后果分析研究[D]. 许嘉朝.西安建筑科技大学 2017
[4]复合材料海洋立管屈曲和止屈研究[D]. 陈传杰.哈尔滨工业大学 2017
[5]海底管道的失效及可靠度分析[D]. 郭经纬.大连理工大学 2016
[6]管土耦合作用下高温高压海底管道屈曲数值分析[D]. 刘鹏.西南石油大学 2014



本文编号：3314921