深海铺管船托管架系统研究

作     者：冯帆 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐兴平

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082002[工学-油气田开发工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：托管架系统 管道铺设 深海工况 运动分析 有限元模拟 

摘      要：世界近海油气资源储量不足,为缓解能源危机,有必要向深海进发。托管架系统是深水油气开采的重要环节之一,由于深海环境较为复杂,常规托管架难以完成海底管道的铺设作业,相关技术被国外公司所垄断导致国内研究与发展不完善,因此本课题提出对进行深海作业的可伸缩调整式托管架系统进行研究。课题采用层次分析法,对大型海洋石油装备的三种典型驱动机构进行分析与比较,选择最佳机构以实现托管架系统的伸缩作业;按照行业规范和基本要求,对托管架系统各组成管段、液压机构和托辊装置等关键零部件进行详细设计与研究,使其拆装简单、互换性强;拟定铺管作业时托管架系统的工作原理,利用ADAMS对其进行运动学分析,保证托管架系统的合理运动与稳定性能。关于托管架系统的力学分析与校核,主要考虑托辊装置、水上管段组和入水管段三大部分。在Workbench中,对静止状态及支撑有铺设管道的托辊装置进行分析与比较;结合静力分析与瞬态动力学分析方法,查看各管段应力分布与变化情况,设置不同时段运动参数,分析非匀速运动对应力的影响;在常规有限元分析的基础上,入水管段要充分考虑海洋环境对其的影响,借助AQWA获取管段运动RAO曲线情况;为确保铺管作业安全可靠,要设置响应参数查看规则波作用下船体压力变化及管段作业时周边海域浪高变化情况。由于海况复杂多变,利用GUI开发软件,通过界面完成管道形态模拟、托辊位置优化和波浪力计算等工作,提高分析质量和效率。