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海底管道校核方法研究分析

船海工程 2024年第4期53卷 107-112页

作者：杨小乐肖辉李翔云赵铭文曾欢中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300459

为计算腐蚀海底管道的剩余强度,分析海底管道的在位强度计算方法,提出一种海底管道校核方法。将腐蚀管道的强度校核分为整体强度和局部强度分析,通过ECE5模拟预测海底管道均匀腐蚀深度和局部腐蚀深度,利用原设计规范(DNV OS F101或DNV19... 详细信息

为计算腐蚀海底管道的剩余强度,分析海底管道的在位强度计算方法,提出一种海底管道校核方法。将腐蚀管道的强度校核分为整体强度和局部强度分析,通过ECE5模拟预测海底管道均匀腐蚀深度和局部腐蚀深度,利用原设计规范(DNV OS F101或DNV1981)计算海底管道的整体强度,采用DNV-RP-F101计算海底管道腐蚀点的局部强度,采用有限元方法对腐蚀点的局部强度进行模拟计算,为腐蚀管道的安全性评估提供依据。

关键词：海底管道剩余强度校核方法有限元

海底管道疲劳裂纹扩展寿命预报的影响因素分析

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舰船科学技术 2024年第1期46卷 121-125页

作者：徐媛媛孙健华张捷朱金金南通理工学院机械工程学院江苏南通226000

海底管道所处载荷环境复杂,疲劳破坏是主要失效形式之一。由于制造及环境因素,海底管道不可避免会出现裂纹缺陷,对于服役中的海底管道,预报其剩余疲劳寿命并对影响预报结果的因素进行研究具有实践意义。在保守估计法的前提下,采用MTS准... 详细信息

海底管道所处载荷环境复杂,疲劳破坏是主要失效形式之一。由于制造及环境因素,海底管道不可避免会出现裂纹缺陷,对于服役中的海底管道,预报其剩余疲劳寿命并对影响预报结果的因素进行研究具有实践意义。在保守估计法的前提下,采用MTS准则对海底管道裂纹扩展模式进行分析。利用有限元法及1/4节点位移法求解裂纹应力强度因子,随后基于Paris公式的da法对海底管道进行疲劳扩展寿命预报,最后对数值预报结果的影响因素进行探讨。结果表明,当裂纹尺寸增量Δa设置合理时,海底管道裂纹扩展寿命的预报值与试验值相接近,该数值方法能有效预报海底管道的疲劳剩余寿命。裂纹尺寸增量Δa对寿命预报影响很大,从预报精度和计算耗时两方面综合考虑给出了合理选择裂纹尺寸增量Δa的方法。形状比对管道疲劳扩展寿命的影响与初始裂纹尺寸有关。当裂纹尺寸扩展到一定值后继续增加,疲劳扩展寿命变化率并不大。所得结论为服役管道的安全性评估提供参考。

关键词：海底管道数值预报疲劳扩展寿命裂纹尺寸增量形状比

基于同伦分析方法和神经网络的复杂腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算方法

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第6期54卷 156-164,178页

作者：陈严飞阎宇峰敖川贾鲁生侯富恒高志浩刘瑞昊中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 中国海洋石油集团有限公司研究总院北京100028 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

针对含复杂形状腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算难的问题,本研究中采用同伦分析方法对含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力进行了计算,并用有限元方法进行了对比验证,进而根据计算结果提出了基于神经网络模型的海底管道屈曲压力的计算方法... 详细信息

针对含复杂形状腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算难的问题,本研究中采用同伦分析方法对含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力进行了计算,并用有限元方法进行了对比验证,进而根据计算结果提出了基于神经网络模型的海底管道屈曲压力的计算方法。结果显示:同伦分析方法可以有效、准确地计算含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力,在相同情况下抛物线形腐蚀管道的临界屈曲压力大于椭圆形管道的临界屈曲压力。基于神经网络模型的腐蚀海底管道屈曲压力计算方法具有良好的泛化性能,可以很好地应用于工程现场的计算。

关键词：海底管道腐蚀缺陷屈曲压力同伦分析方法神经网络模型

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波浪式拖管法铺设海底管道力学性能研究

海洋工程 2024年第3期42卷 156-169页

作者：阮伟东聂庆林高小峰浙江工业大学土木工程学院浙江杭州310023

海底管道铺设是海洋油气资源开发的重要环节,传统的拖管法不能很好地适应海洋深度和复杂环境的变化。针对Acergy公司在Girassol项目中提出的一种波浪式拖管方法,对其应用于2.0 km长海底管道铺设进行分析。首先,结合深水海洋环境特征,采... 详细信息

海底管道铺设是海洋油气资源开发的重要环节,传统的拖管法不能很好地适应海洋深度和复杂环境的变化。针对Acergy公司在Girassol项目中提出的一种波浪式拖管方法,对其应用于2.0 km长海底管道铺设进行分析。首先,结合深水海洋环境特征,采用集中质量法建立管道拖航数值模型,并介绍管道、拖缆和浮筒力学计算及水动力荷载计算方法;其次,基于非线性有限元OrcaFlex软件对拖管过程建模,以模拟实际项目拖管过程;然后,通过对比相同条件下的单波式和双波式两种拖管方式,探讨管道和拖缆的动态力学性能变化;最后,针对不同浮重比、拖航速度、拖缆长度和悬垂角、海流流速和流向角等因素展开敏感性分析。结果表明:波浪式拖管法可以有效地降低施工时对拖缆的张力需求,但也会因此增加管道局部弯矩和应力响应;相对于单波式拖管,双波式拖管在缓解由于拖航速度等变化而产生的管道局部损伤效应上更有优势,并能较好地适应不同水深环境;复杂的海流工况对拖航时管道的力学性能影响十分显著,施工前应选择合适的铺设窗口期以防止管道产生损伤。

关键词：海底管道波浪式拖管法管道铺设集中质量法拖航参数海洋油气开采

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基于振动响应分析的海底管道悬空内检测研究

工程设计学报 2024年第3期31卷 348-356页

作者：马文滨段志文李想张行中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 中国石油大学(北京)高端油气装备智能设计与制造研究中心北京102249 国家管网集团北方管道有限责任公司秦皇岛输油气分公司河北秦皇岛066001

铺设于海床中的海底管道常因洋流冲刷、船舶锚拽等自然或人为因素而处于悬空状态,易造成管道变形、腐蚀、损伤和开裂泄漏等问题,严重影响管线安全。针对DN200海底管道的悬空内检测,设计了一种内检测机器人并对其进行了动力学分析。同时... 详细信息

铺设于海床中的海底管道常因洋流冲刷、船舶锚拽等自然或人为因素而处于悬空状态,易造成管道变形、腐蚀、损伤和开裂泄漏等问题,严重影响管线安全。针对DN200海底管道的悬空内检测,设计了一种内检测机器人并对其进行了动力学分析。同时,联合ANSYS与ADAMS软件建立了柔性管道-土耦合模型,开展了悬空管道内检测仿真分析。采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对内检测机器人在复杂激励耦合条件下的振动响应信号进行处理,通过分析机器人的振动加速度实现了对悬空管段的有效识别。研究结果为油气管道悬空内检测提供了新思路。

关键词：海底管道悬空内检测机器人动力学分析振动响应

航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

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海洋工程 2024年第3期42卷 179-189页

作者：王懿黄俊李丽伟邓卓远顾雨晨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100028

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石... 详细信息

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

关键词：海底管道霍尔锚落锚撞击碎石防护光滑粒子流体动力学法

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波流联合作用下海底管道侧向运动数值分析

海洋工程 2024年第3期42卷 170-178页

作者：夏日长崔少敏李立业王林张颀枫周清基海洋石油工程股份有限公司天津300461 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 天津大学海洋科学与技术学院天津300072

研究旨在提出波流联合作用下海底管道侧向运动数值模拟分析方法。通过建立三维离散刚体模拟海床,梁单元模拟海底管道,设置了两个载荷步模拟管道与土壤接触的过程,解决了实体模型不易收敛的问题。分析了不同管—土法向行为接触刚度、不... 详细信息

研究旨在提出波流联合作用下海底管道侧向运动数值模拟分析方法。通过建立三维离散刚体模拟海床,梁单元模拟海底管道,设置了两个载荷步模拟管道与土壤接触的过程,解决了实体模型不易收敛的问题。分析了不同管—土法向行为接触刚度、不同管—土切向行为摩擦系数、不同波流参数以及不同单位长度管道水下质量对海底管道侧向运动的影响。研究表明:海底管道的最大等效应力、最大侧向位移、最大接触压力以及最大横向摩擦剪应力对于管—土法向行为接触刚度的变化并不敏感;管道的最大侧向位移随着管—土切向行为摩擦系数增大而减小,呈现出线性变化的关系;当波高一定时,管道的最大侧向位移随着流速的增加而增大,并且波高越小,最大侧向位移随流速增加的速度明显越大;管道最大侧向位移随着单位长度管道水下质量的增加而减小,并且呈现出线性变化的关系。

关键词：海底管道波流联合作用海上油气管—土相互作用侧向位移

海流作用下坠物沉降及撞击海底管道数值模拟研究

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安全与环境学报 2024年第4期24卷 1371-1380页

作者：杨明刘巨保丁宇奇黄茜靳翔东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318

采用基于浸入边界有限元法的流固耦合数值模拟方法,对海流作用下坠物撞击海底管道完整过程进行了数值模拟研究。数值结果表明:在自由沉降时,坠物的流向速度与海流速度基本一致,不同海流速度下相同质量的坠物垂向速度基本一致,但在较低... 详细信息

采用基于浸入边界有限元法的流固耦合数值模拟方法,对海流作用下坠物撞击海底管道完整过程进行了数值模拟研究。数值结果表明:在自由沉降时,坠物的流向速度与海流速度基本一致,不同海流速度下相同质量的坠物垂向速度基本一致,但在较低的坠物质量和海流速度下会出现冲跃现象,球形坠物的垂向阻力系数比立方形坠物小,并且阻力系数随坠物质量的变化而变化,坠物沉降角度随海流速度的增加而增大;在坠物接近海底管道时,流向速度逐渐减小,垂向速度均为先增大后减小,立方形坠物减小程度要比球形坠物大,质量大的坠物垂向速度减小的程度也要比质量小的大;在坠物撞击管道时,球形坠物撞击速度比立方形大,撞击速度比自由沉降速度大,撞击角度比自由沉降角度小,最大应力和凹痕均比无海流作用时小,球形坠物应力减小幅度为4.44%~16.71%,立方形坠物应力减小幅度为9.29%~12.14%,球形坠物凹痕减小幅度为4.17%~30.58%,立方形坠物凹痕减小幅度为10.41%~14.44%。

关键词：安全工程海底管道撞击流固耦合浸入边界有限元法数值模拟

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基于PCA-TSO-BPNN模型的海底管道内腐蚀速率预测研究

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热加工工艺 2024年

作者：肖荣鸽刘国庆刘博魏王颖庄琦靳帅帅西安石油大学石油工程学院陕西省油气田特种增产技术重点实验室中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第二采气厂中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第六采油厂

近年来，随着我国海洋油气勘探开发力度不断增强，在役的和建设中的海底油气管道越来越多，海底油气管道内腐蚀速率预测对于海底油气管道的日常运行、维护和检修极为重要。为了提高海底油气管道内腐蚀速率预测精度和稳定性，建立了基于... 详细信息

近年来，随着我国海洋油气勘探开发力度不断增强，在役的和建设中的海底油气管道越来越多，海底油气管道内腐蚀速率预测对于海底油气管道的日常运行、维护和检修极为重要。为了提高海底油气管道内腐蚀速率预测精度和稳定性，建立了基于主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和金枪鱼群算法（Tuna Swarm Optimization,TSO）优化BP神经网络的海底管道内腐蚀速率预测组合模型PCA-TSO-BPNN。运用PCA进行数据降维，筛选出海底管道内腐蚀速率的主要影响因素；建立海底管道内腐蚀速率BPNN预测模型，并采用TSO算法对BPNN预测模型的权值和阈值参数进行寻优；利用PCA-TSO-BPNN组合模型对海底管道内腐蚀速率进行预测，并与对比模型进行比较，验证PCA-TSO-BPNN组合模型的可行性和可靠性。结果表明：PCA-TSO-BPNN组合模型的平均绝对百分误差（MAPE）和均方根误差（RMSE）分别为1.8441%和0.06757，远低于对比模型，组合模型具有较高的预测精度和稳定性，可为海底管道内腐蚀防护和流动保障提供决策支持。

关键词： BP神经网络主成分分析金枪鱼群算法海底管道腐蚀速率预测