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海底悬空管道弹性约束静态分析

石油大学学报（自然科学版） 2005年第6期29卷 94-97,101页

作者：署恒木中国石油大学储运与建筑工程学院山东东营257061

由于海浪的冲刷,海底管道会出现悬空段,当悬空段较长时,管道在波浪及海流的作用下将会发生破坏。对海底悬空管道所受的环境载荷进行了计算,把海底土壤对管道的约束视为弹性约束,推导出了弹性约束时的系数矩阵,建立了相应的有限元分析模... 详细信息

由于海浪的冲刷,海底管道会出现悬空段,当悬空段较长时,管道在波浪及海流的作用下将会发生破坏。对海底悬空管道所受的环境载荷进行了计算,把海底土壤对管道的约束视为弹性约束,推导出了弹性约束时的系数矩阵,建立了相应的有限元分析模型,并开发了相应的计算机软件。该软件不仅可以计算立管与水平管连接处悬空管段的强度,还能计算静强度下的临界悬空长度。将弹性约束与刚性约束时的计算结果进行了对比,结果表明,当海底地层较硬时,弹性约束与固定端约束的计算值相差不大;当地层较软时,弹性约束时管道中的最大应力比固定端约束的要大,而临界悬空长度相差不多。

关键词：海底悬空管道弹性约束静态分析有限元计算波浪载荷

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海底悬空管道的静力分析

油气储运 2006年第1期25卷 21-26页

作者：仝兴华中国石油大学(华东)

研究了沿立管与水平管连接处悬空管段的静态分析,讨论了海底悬空管道所受的环境载荷,并开发了相应的计算机软件。该软件不但能计算静载荷下的强度,还能计算静态强度下的临界悬空长度。将理论结果与数值计算结果做了比较,结果表明,两种... 详细信息

研究了沿立管与水平管连接处悬空管段的静态分析,讨论了海底悬空管道所受的环境载荷,并开发了相应的计算机软件。该软件不但能计算静载荷下的强度,还能计算静态强度下的临界悬空长度。将理论结果与数值计算结果做了比较,结果表明,两种计算结果是一致的。

关键词：海底悬空管道静态分析强度计算悬空长度

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海底悬空管道二次挖沟治理研究

海底悬空管道二次挖沟治理研究

作者：刘秉德中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

海底管道将海上油气田的整个生产系统有机地联系起来,是目前最快捷、最安全和最经济可靠的海上运输方式,被誉为海上油气开发的生命线。然而,由于海底管道所处的海洋环境非常复杂,海底管道出现悬空现象是不可避免的,而悬空的致灾后果非... 详细信息

海底管道将海上油气田的整个生产系统有机地联系起来,是目前最快捷、最安全和最经济可靠的海上运输方式,被誉为海上油气开发的生命线。然而,由于海底管道所处的海洋环境非常复杂,海底管道出现悬空现象是不可避免的,而悬空的致灾后果非常严重。因此,对海底管道悬空隐患的治理迫在眉睫。目前有关海底管道悬空治理的方法要么治理效果不佳,要么费用高昂,而二次挖沟治理能够弥补现有治理方法的不足,况且有关这方面的研究又极少。鉴于此,有必要对二次挖沟治理海底悬空管道进行研究。本文以运行状态下的海底水平悬空管道为研究对象,首先调研了国内外有关悬空管道力学分析与治理的文献,并对两端固支的海底自由悬空管道进行了静力计算和允许悬空长度的计算。然后,结合管土相互作用理论,运用AutoPIPE软件模拟海底悬空管道在挖沟治理过程中的位移变形和应力变化,通过强度分析来判断悬空管道的挖沟治理是否可行,得出如下结论:悬空段两边的海床支撑性质(刚性和弹性)不同,管道的位移变形和应力分布有所差异;海底悬空管道的挖沟治理过程中,内压的影响可忽略不计,而挖沟深度或管道温差的增加将明显增大管道应力;虽然一次挖沟成型和多次挖沟成型之后的管道应力相同,但多次挖沟成型能明显降低一次挖沟成型中的应力峰值,从而避免了悬空管道在挖沟过程中可能发生的屈服破坏。结合上述特征,拟合了相关公式,并制定了海底悬空管道挖沟治理的流程,该流程适用于风平浪静或波流影响很小下的挖沟施工,为海底悬空管道的治理提供了参考依据。

关键词：海底悬空管道二次挖沟治理数值模拟强度分析

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坠物撞击海底悬空管道数值模拟研究

海洋湖沼通报 2020年第2期 28-34页

作者：赵玉良姜逢源樊敦秋董胜中国海洋大学工程学院山东青岛266100 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营257017

为研究坠物对海底悬空管道的撞击损伤规律,基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立考虑管土相互作用的坠物撞击悬空管道数值模型。经过数值模拟,探究了撞击能量、土体性质和悬空长度等对海底管道受坠物撞击后凹陷损伤的影响。研究表... 详细信息

为研究坠物对海底悬空管道的撞击损伤规律,基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立考虑管土相互作用的坠物撞击悬空管道数值模型。经过数值模拟,探究了撞击能量、土体性质和悬空长度等对海底管道受坠物撞击后凹陷损伤的影响。研究表明,撞击能量是影响海底悬空管道损伤程度的主要因素,在同样的撞击能量下,海底悬空管道的悬空段长度对管道的凹陷损伤影响不大,但管道弹性变形以及海床的土体变形会有差异,虽然海床土体变形会吸收大量的撞击能量,但改变土体性质同样对管道损伤结果影响不大。研究结果可以为海底管道的工程设计提供一定的参考。

关键词：海底悬空管道坠物撞击管-土作用 ANSYS/LS-DYNA

海底弹性敷设管道悬空段振动疲劳分析及维修技术研究

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海底弹性敷设管道悬空段振动疲劳分析及维修技术研究

作者：王凯中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着我国海洋石油工业的发展及海底管道服役时间的增长,各大海域海底管道均不同程度上出现悬空现象。不同于埋地管道,管道悬空段约束状态改变且直接暴露在波浪、海流共同作用的海洋环境中,其失效风险增大。因海底崎岖地形的存在,含弹性... 详细信息

随着我国海洋石油工业的发展及海底管道服役时间的增长,各大海域海底管道均不同程度上出现悬空现象。不同于埋地管道,管道悬空段约束状态改变且直接暴露在波浪、海流共同作用的海洋环境中,其失效风险增大。因海底崎岖地形的存在,含弹性弯曲变形的弹性敷设管道的悬空现象是十分常见的,但现有研究多针对于悬空直管段。因弹性弯曲变形的存在,弹性敷设管道结构上不再对称,其振动特性也不再与直管道相同。因此,需对弹性敷设管道悬空段展开相关研究,故本文做了如下工作:(1)基于渤海海域海况条件,对海底管道悬空段进行了受力分析。结合Morison公式及线性波浪理论,获得了悬空段所受的波激振动载荷;基于漩涡泄放过程分析获得了涡激振动载荷。(2)为准确表征管道与海床土体之间的相互作用,并避免模型中管土接触长度设置带来的误差,本文利用有限元软件ABAQUS建立了三维管土耦合模型,并引入无限单元表征海床土体对管道“无限范围”的约束效果。基于该模型,对弹性敷设管道悬空段进行了模态分析,研究了弹性弯曲变形量、悬空长度、管径等因素对管道固有频率的影响,并分析确定了避免共振的安全频率范围。(3)本文考虑了顺流向、横流向载荷的耦合作用,分别针对悬空管道所处不同水深工况进行了波激振动分析与涡激振动分析;针对弹性敷设管道悬空段进行了疲劳寿命预测,讨论了悬空长度、管径、流速等因素对振动响应与疲劳寿命的影响。分析发现,因为弹性弯曲变形的存在,管道悬空段的振动响应不再表现出对称性,疲劳失效危险点出现在管土接触区域的出土位置,降低悬空长度、选用较大管径管道有助于延长管道疲劳寿命。(4)本文借鉴国内外海底管道悬空治理措施及失效维修技术,提出了创新性的维修方案,并对其施工工况进行了受力分析;对于连接器维修技术中存在的过盈安装问题进行了力学分析,获得了连接器安装所需的安装载荷预测公式。

关键词：弹性敷设海底悬空管道振动特性疲劳寿命管道连接器

基于AutoPIPE的海底悬空管线挖沟埋设应力分析

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船海工程 2017年第4期46卷 182-185,190页

作者：倪玲英耿光伟刘秉德中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中海油(天津)管道工程技术有限公司天津300270

基于AutoPIPE软件考虑管土作用机制,以施加密集V-stop模拟海床,并通过改变V-stop位置模拟挖沟过程,悬空管道在治理过程中的应力表明,一次挖沟成型与多次挖沟成型之后的管道应力相同,但多次挖沟成型过程中的应力峰值明显低于一次挖沟成型... 详细信息

基于AutoPIPE软件考虑管土作用机制,以施加密集V-stop模拟海床,并通过改变V-stop位置模拟挖沟过程,悬空管道在治理过程中的应力表明,一次挖沟成型与多次挖沟成型之后的管道应力相同,但多次挖沟成型过程中的应力峰值明显低于一次挖沟成型,而避免了悬空管道在挖沟过程中可能发生的屈服破坏;海底悬空管道挖沟埋设过程中随着挖沟深度和管道温差的增加,管道应力、屈服位移呈现增大趋势。

关键词：海底悬空管道挖沟埋设 AutoPIPE 应力分析

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海底悬空管线应力综合分析研究

海底悬空管线应力综合分析研究

作者：耿光伟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

复杂海洋环境下海底管线极易产生局部悬空现象,悬空管道易遭受外力破坏对海洋油气开发生产有着重大影响。在我国大力发展蓝色海洋战略加大对海洋油气资源开发的背景下,研究海底悬空管线在外部环境作用下的应力分布特性,对管道的维护、... 详细信息

复杂海洋环境下海底管线极易产生局部悬空现象,悬空管道易遭受外力破坏对海洋油气开发生产有着重大影响。在我国大力发展蓝色海洋战略加大对海洋油气资源开发的背景下,研究海底悬空管线在外部环境作用下的应力分布特性,对管道的维护、治理有着重要的参考指导意义。本文以埕岛油田海底悬空管道为研究对象,从管内多相流流动、管外海洋动力环境作用及悬空长度的多元非线性分析三个方面对管道应力分布特性进行综合分析。研究采用理论解析与数值模拟相互验证的方法,基于Fluent、AutoPIPE软件分析了管道悬空变形对管内多相流流动的影响,根据流场分布解释了段塞流的形成机理并通过理论解析给予验证;计算了管内多相流流动及段塞流对管道应力的影响;针对管外海洋动力环境,计算了海床土体荷载对管的道应力影响,分析了不同风暴工况（波高、周期、流速）、不同地震工况对不同悬空高度管道的应力作用,并通过Fluent模拟验证了AutoPIPE计算的可靠性。综合管道内外荷载影响,拟合管道最大许用悬空长度计算公式拟合,并实现Visual Studio计算界面开发。研究结果表明:管道悬空变形引起管道持液率变化,使得油水界面失稳导致气相高速切入管道下游,并于管道上倾屈曲处剧烈扰动形成段塞;段塞流工况下管道轴向受力高于竖直方向,坡肩与上倾屈曲段管道应力集中过大,具有较强破坏作用。未形成段塞工况时,多相流流动致管道振动的主要原因为脉动压强激励。稳定波浪流工况下,随着悬空高度增大,管道最大等效应力呈下降趋势,但管道下沉过程中也存在应力逆向变化,主要原因为自重因素与海床下凹引起流场变化的影响;管道的环向应力与轴向应力不随悬空高度的变化而改变。通过Fluent与AutoPIPE计算结果对比,阻升力系数误差为5%,验证了AutoPIPE计算结果具有可靠性,满足实际工程需求。同一悬空高度下,波高、流速对管道最大等效应力的影响较波浪周期更为显著;埋地管道最大等效应力变化与地震强度呈正相关性,其中地震横波对管道应力影响较纵波更为明显,但地震对管道埋深影响并不显著。

关键词：海底悬空管道流场分析段塞流环境荷载应力分布悬空长度

冲击载荷作用下海底管道损伤及其防护措施研究

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冲击载荷作用下海底管道损伤及其防护措施研究

作者：李勇中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着海洋油气产业的大力发展,海底油气管道在海洋油气生产活动中的作用越来越重要。由于其所处环境复杂性,在运行期间容易发生安全事故,不仅会污染海洋环境,而且会造成大量的经济损失。在海洋油气生产活动中,航海作业等第三方活动对海... 详细信息

随着海洋油气产业的大力发展,海底油气管道在海洋油气生产活动中的作用越来越重要。由于其所处环境复杂性,在运行期间容易发生安全事故,不仅会污染海洋环境,而且会造成大量的经济损失。在海洋油气生产活动中,航海作业等第三方活动对海底管道存在很大威胁,第三方活动产生的坠落物撞击海底管道会导致管道发生机械损伤,对海底管道的安全运行产生严重影响。因此,对海底管道在冲击载荷作用下的损伤分析具有非常重要的意义。本文首先对冲击载荷作用下海底管道的损伤分析方法总结,确定采用数值模拟方法对海底管道的损伤过程进行分析。考虑坠落物撞击海底管道的材料非线性、几何非线性和接触非线性,选择适合模拟海底悬空管道冲击过程的本构关系和材料参数,采用显示动力非线性有限元软件建立海底悬空管道冲击损伤模型。考虑海洋环境的影响,研究坠落物与管道碰撞时坠落物速度的计算方法,确定海底管道冲击损伤的载荷。通过建立的模型计算得到碰撞过程中海底悬空管道的等效应变和凹陷深度时间历程曲线,了解海底悬空管道冲击损伤过程中的损伤规律,并与规范对比确定数值模拟方法的可行性。为进一步揭示冲击载荷作用下海底悬空管道的损伤规律,本文讨论了坠落物形状、碰撞角度、坠落物质量、坠落物速度、管道壁厚、管道悬空长度、管道输送压力和混凝土保护层厚度对海底悬空管道冲击损伤的影响。基于管道冲击损伤规律和管道失效判断的研究,采用多元素非线性拟合方法获得管道的凹陷度和等效应变预测公式,并采用***开发了海底悬空管道冲击损伤预测软件,使海底悬空管道安全性的判断变得更加便捷。最后总结现有的海底管道的防护措施,在此基础上提出新的防护方案,并对其进行验证,确定新防护方案的可行性。

关键词：海底悬空管道等效应变凹陷度损伤分析损伤预测防护措施

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管土耦合作用下海底管道悬跨分析与治理研究

管土耦合作用下海底管道悬跨分析与治理研究

作者：单潜瑜浙江海洋大学

学位级别：硕士

目前,在舟山海域服役的海底管道均呈现不同程度上的悬空,严重影响海上的生产进度。因此,研究悬跨管道的力学特征、许可长度以及治理措施对管道工程的应用具有实际价值。本文以海底输气管道为研究对象,基于管土耦合理论和有限元分析方法... 详细信息

目前,在舟山海域服役的海底管道均呈现不同程度上的悬空,严重影响海上的生产进度。因此,研究悬跨管道的力学特征、许可长度以及治理措施对管道工程的应用具有实际价值。本文以海底输气管道为研究对象,基于管土耦合理论和有限元分析方法展开数值模拟工作。首先,将管土相互作用作为研究重点,运用ABAQUS软件构建了两种维度下的管土耦合模型,运用位移贯入法,对不同土体参数下力-位移曲线的敏感性进行分析,得到了土体刚度的变化规律。其次,使用Java语言编程获得管道横/竖向的受力情况。在此基础上分析了不同耦合模型下管道的轴向特性,并模拟了不同悬跨长度、径厚比、内压值和海流流速对管道受力的影响。然后通过Java语言编制了静态强度法和涡激振动方法的动态分析界面,并用动力学软件OrcaFlex进行疲劳分析,从以上三个角度对悬跨管道的许可长度进行了验证。接着,分析了相应参数条件对单跨和双等跨管道应力和位移的动态影响。最后,针对舟山实际海况开展悬空治理研究,并对钢架支撑结构进行了优化,得到了合理的结构尺寸。同时对沙袋覆盖方案展开的数值模拟研究表明,沙袋覆盖经济性较好,但流速较大情况下稳定性较差;沙袋堆砌成矩形时,治理效果略好于梯形,但梯形的经济性较好。

关键词：海底悬空管道管土耦合分析许可长度悬空治理