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深水管道内封堵器设计及锚定装置可靠性研究

深水管道内封堵器设计及锚定装置可靠性研究

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作者：李咏喆哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海底管道在海上油气田的开发生产系统中是不可或缺的,是深水油气开发中的生命线。由于海洋环境的复杂性,海底管道的损伤和破坏是难以避免的。为减少管道的损坏给石油开采过程产生不必要的损失,同时减少管道泄漏对海洋环境造成的污染,需... 详细信息

海底管道在海上油气田的开发生产系统中是不可或缺的,是深水油气开发中的生命线。由于海洋环境的复杂性,海底管道的损伤和破坏是难以避免的。为减少管道的损坏给石油开采过程产生不必要的损失,同时减少管道泄漏对海洋环境造成的污染,需要对管道进行应急封堵,并对油液进行临时转接,实现快速复产,为此,本文设计了一种深水管道内封堵器。本文在分析海底管道维修相关技术的基础上,针对水下1500m深的作业环境以及技术要求,确定一种深水管道内封堵器的总体方案,对其进行模块化设计,主要包括施力系统、锚定与密封系统、分离系统、导向系统、转接辅助系统,特别是对液压缸进行集成化设计,并确定出装置的工作流程。通过对镶嵌压块进行力学性能分析,确定镶嵌压块的形状,并针对镶嵌压块与管道不贴合问题,设计相贯线型镶嵌压块。通过塑性力学确定出嵌入深度计算模型,并通过有限元接触分析,对比相贯线型镶嵌压块与普通镶嵌压块的嵌入深度,对仿真结果与理论值相比较,对同列镶嵌压块进行受力分析,确定出起锚定作用的镶嵌压块与不同数量镶嵌压块下的嵌入深度,并通过优化设计,使同列镶嵌压块受力均匀。针对深水管道内封堵器的工作状态,对环境载荷进行分析,并确定危险部位,通过镶嵌压块的疲劳分析,确定出镶嵌压块的寿命与安全系数,明确影响安全系数的影响因素,为疲劳安全系数的提高提供依据。采用一次二阶矩法与蒙特卡洛法对可靠度进行计算,通过可靠性分析,确定出对镶嵌压块可靠性影响最大的因素。通过模拟深水管道内封堵器的受力过程,对不同镶嵌压块进行实验,验证镶嵌压块设计的合理性,对相贯线型镶嵌压块与普通镶嵌压块的嵌入深度与压痕情况进行对比,并与理论分析结果相比较。通过相贯线型镶嵌压块的过载实验,验证镶嵌压块的锚定性能。对两个同列镶嵌压块与三个同列镶嵌压块进行实验对比,分析不同镶嵌压块数量对嵌入深度的影响程度。

关键词：内封堵转接相贯线型镶嵌压块力学性能锚定装置可靠性分析

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