深水钢管脐带缆安装下放过程研究

钢管脐带缆是深水海洋石油开发中的重要结构,在深水中的安装面临着巨大的挑战。数值模拟可为钢管脐带缆在深水中安装提供理论基础。针对某钢管脐带缆在1 500 m水深的安装下放过程进行了有限元分析。充分考虑了钢管脐带缆螺旋构件在安装下放过程中的接触、挤压、摩擦和滑移等复杂的非线性问题,并校核内部主要构件的强度。提出可以通过优化钢管脐带缆的横截面及改善内部构件材料的方法来克服钢管脐带缆在深水中安装存在的问题。     

深水悬链线式脐带缆总体动力响应特性研究

对某采用悬链线布局的深水脐带缆进行结构分析,得到了脐带缆的整体结构响应,包括脐带缆初始线形、有效张力和弯曲曲率的分布特性。同时对脐带缆悬链线布局下的关键参数进行了参数敏感性分析,得到了顶部悬挂角、管内流体密度以及顶部浮体位移对脐带缆结构响应的影响。这些研究结果可以为深水脐带缆的悬链线布局设计提供参考。     

海底地形对脐带缆深水安装影响分析

研究复杂海底地形对脐带缆深水安装过程中的力学特性影响,对提高脐带缆深水安装的安全性与稳定性有较大意义。通过建立具有不同坡度、隆起高度以及低洼深度的海床地形模型,分析在不同地形参数下脐带缆深水安装时的应力响应,并对不同参数下的等效应力与接触压强对比,探讨了海底地形对脐带缆深水安装的影响。研究结果分析表明:海床坡度对脐带缆的最大等效应力与接触压强影响不大;隆起区域对脐带缆的安装过程的影响较大,隆起高度的增加使最大等效应力明显增大,且易超过脐带缆的最大许用等效应力;低洼区域的脐带缆与隆起区域相似,低洼深度的增加最大等效应力明显增大,隆起区域与低洼区域的触地点处的接触压强最大。     

深水脐带缆结构阻尼的数值与试验研究

深水动态脐带缆内部结构复杂,其阻尼特性对脐带缆的舞动以及疲劳损伤有着重要的影响。脐带缆在和流体相互作用过程中,脐带缆内部构件可能会产生滑动,进而影响脐带缆的结构阻尼,这也使得真实海况中脐带缆的舞动和疲劳是一项复杂而值得深入研究的课题。为验证有限元模型能够很好地模拟脐带缆的结构阻尼特性,在考虑内部结构单元间摩擦的基础上,利用ANSYS建立了用于中国南海某油田的脐带缆多层滑移接触摩擦模型。同时,采用自由衰减法对该动态脐带缆开展了原型试验,测得了该缆的结构阻尼比与自振周期。通过对比有限元模型计算结果与原型试验结果发现：数值模型获得的该脐带缆的结构阻尼值与试验值非常接近,这为工程中获得脐带缆结构阻尼比的值提供了好的方向。     

不同浪向下脐带缆与主平台回接过程中的动力学响应

参考文昌油气田的脐带缆截面设计及具体工作环境参数,利用水动力分析软件OrcaFlex建立了文昌缆与主平台回接过程中的动力学响应模型,计算了在不同浪向下脐带缆在与主平台回接过程中的水动力响应。通过水动力分析结果可知:绞车的牵引速度和浪向的改变对脐带缆的牵拉过程有很大影响;脐带缆发生明显弯曲的部位von mises应力也会发生明显变化,但应力仍小于API 2RD的允许应力,可满足工程安全要求。     

母船垂荡导致ROV脐带缆参量共振的研究

研究有缆遥控潜水器(Remote Operated Vehicles)的脐带缆受到轴向激励所产生的大幅横向振动,即参量共振.ROV脐带缆的参激现象发生会影响ROV的安全性.针对ROV脐带缆的结构特性,推导出其在轴向激励力下的非线性振动方程.运用希尔无穷行列式的方法分析脐带缆的参量不稳定性.以稳定性图为基准分析脐带缆在多...     

基于模糊故障树方法的脐带缆可靠性分析研究

脐带缆作为水下生产系统的“神经生命线”,是水下生产系统的关键一环,其可靠性问题越来越受到关注。影响脐带缆可靠性的事件具有随机性,目前缺乏对这些随机事件发生概率的统计,难以直接对其可靠性进行定量分析。基于模糊数理论和故障树结合的方法对脐带缆可靠性进行分析,首先获得引起脐带缆失效的40个最小割集及底事件重要度排序。其次采用基于模糊集理论的定量分析对脐带缆故障树系统中的底事件进行统计计算,得到各底事件的失效概率,最终计算出顶事件概率,并得出导致脐带缆失效的主要因素依次为护套/铠装失效、钢管失效、电缆失效,为脐带缆的安全运行提出适当的建议。     

脐带缆螺旋滑移分析及力学性能研究

针对脐带缆内部螺旋层,应用Darboux标架建立螺旋结构空间坐标系,推导弯曲载荷下螺旋结构的局部变形和滑移。考虑螺旋构件间的接触和摩擦作用,建立螺旋结构的受力平衡偏微分方程,并研究螺旋角和摩擦系数对螺旋结构滑移的影响。基于同层螺旋结构本构关系相同假设,将所有螺旋结构力学性能线性叠加,拟合脐带缆整体弯曲刚度。运用建立的理论解析方法,对某双层铠装脐带缆的力学性能进行研究,并与数值模拟结果进行对比验证。对比结果表明,理论解析得到的螺旋滑移结果与数值模拟结果一致,理论解析得到的脐带缆弯曲刚度与数值模拟结果在全滑动阶段比较接近。     

荔湾3-1气田海底管道深水段地质灾害特征

基于船载多波束测深、浅地层剖面和深水浅层高分辨多道地震剖面等数据资料,以我国第一个深水气田—荔湾3-1气田海底管道路由区深水段(200m)为研究区,划分海底地形地貌分区,识别可能危害海底管道的地质灾害类型,分析其特征与分布规律。结果表明,研究区内主要地质灾害类型为海底峡谷、海底滑坡和滑塌、古珊瑚礁、海底沙波和大波痕、海底陡坎、断崖和陡坡、碎屑流沉积和浊流沉积等。其中,海底滑坡和滑塌在上陆坡和峡谷谷壁上十分发育,海底滑坡(滑塌)、古珊瑚礁和沙波(沙丘)等影响和威胁着海底管道的铺设与安全运行。     

深海ROV多层脐带缆绞车卷筒力学分析

通过对深海ROV脐带缆微元段受力情况的分析,基于简化理论模型的假设,建立了能够模拟脐带缆绞车卷筒受力情况的理论模型。对比某绞车的实验数据,验证了本力学模型的正确性。通过对实例的计算分析,能够为深海ROV脐带缆绞车的设计工作提供理论支持。     

荔湾3-1气田潜在海底滑坡滑动距离预测及动态特性分析

A large number of submarine landslides with different scales have been identified in the canyon area of the submarine pipeline route of Liwan 3-1 gas field. There is still much chance that submarine sl...     

海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统研制与应用

为了实时、连续地监测獐子岛海洋牧场养殖区域不同深度的温度状况,为海洋牧场构建和运行提供数据支持,项目组自行研制了海洋垂直剖面水温实时监测浮标系统,可以在水深≤50 m、风速≤60m/s、波高≤15 m的环境下应用。该浮标系统主要包括水面浮标载体子系统和剖面链观测子系统两部分,浮标载体子系统提供了安全可靠的工作平台;而剖面链子系统上的不同位置挂有多个水下传感器,用于测量相应位置的海水温度。耐压试验、温度标定、室内拷机、现场比测、海上拷机的检定数据表明该系统无渗漏、误差小、数据接收率100%。海上运行18个月的结果同样表明,浮标系统运行稳定,数据采集和接收率高,浮标电压稳定。实践表明该浮标系统具有测温精度高、结构简单、使用方便的优点,具有广泛的应用前景。     

荔湾3-1外输海底管道中落管抛石技术

落管抛石是进行深水抛石的一种工程技术,可作为保证管道稳定性、处理悬跨、抑制隆起屈曲和进行跨越支撑的工程解决方案。系统研究了抛石在波流作用下的稳定性,落石对管道冲击的影响以及施工技术。针对南海环境条件下的抛石稳定理论进行了修正;分析了三层聚丙烯涂层管道在落石冲击下的可接受抛石粒径;提出同时结合石块稳定性结果和管道抗冲击性能要求下的石料分级的方法;最后,对该技术在荔湾3-1外输海底管道的工程应用进行详细阐述。     

海底管线区浅表层土孔压静力触探参数特征及应用

利用东海陆架海底输油管道路由调查获得的孔压静力触探数据和钻探资料等,采用统计分析的方法,对管道路由区5 m以浅土体的孔压静力触探曲线特征、土的分类方法鉴别作了探讨,结果表明:研究区5 m以浅黏性土的锥尖阻力(qc),侧摩阻力(fs)值较小,且随深度呈线性增加,粉质土的qc,fs值增大,但随深度线性增加规律不明显,砂类土的qc值急剧增大,但fs值变化不大;Robertson法和Eslami-Fellenius法两种土类划分方法均适用于研究区浅表层软土的土类划分,但Robertson法在判别粉质土时受到一定限制,Eslami-Fellenius法判别较为准确,应用简单。本研究可为我国在海底管线工程路由勘察中直接利用孔压静力触探(CPTU)参数划分土层和判别土类作铺垫。     

荔湾3-1组块浮托安装实船监测与数值模拟

目前海洋平台日趋集成化、模块化,重量和体积都逐渐增大,使得适合安装大型组块的浮托安装法得到飞速发展。介绍荔湾3-1大型导管架平台浮托安装中使用的实测技术,对驳船的运动监测和海洋环境监测等测量数据进行分析,分析结果被应用于指导整个浮托安装过程,保证浮托安装符合安全施工标准。对浮托安装载荷转移阶段采用数值计算方法进行作业过程模拟,将计算结果与实测结果进行对比分析,两者具有较好的相似性。     

深海采矿系统长距离垂直输运管道力学性能研究

深海采矿系统中的长距离垂直输运管道在工作中具有复杂的流固耦合力学特性,在生产作业中其结构安全性和可靠性面临严峻考验。建立深海采矿系统从海底到水面的完整模型,采用集中质量法对于其中的长距离垂直输运管道的环境载荷进行了研究,并将计算结果与模型试验测量值进行对比验证,重点分析管道顶部轴向张力和剪力的大小关系以及变化规律。分析结果表明:在深海采矿系统的长距离垂直输运管道中,轴向张力在结构载荷占主要成分,由波浪引起的结构轴向张力增加会达到管体自重的38%～48%。因此,选择合适的作业工况对降低结构载荷,加强结构安全性能有很大帮助。     

南海北部荔湾3区块天然气水合物分布特征及目标识别

针对天然气水合物钻探与取样难以解决的水合物矿体空间展布等问题,利用白云-荔湾凹陷高密度分析重新处理的三维地震资料,首先基于模糊数学的多属性融合技术对水合物分布进行刻画;再通过高分辨率速度场对浅层开展高分辨率宽频无井反演技术,提高了水合物层分辨率;最后,利用岩石物理方法及多种模型对水合物饱和度进行定量预测,实现了对5～6m厚水合物层的有效辨别,进而形成了一套适合于孔隙充填型的水合物矿藏目标识别评方法。结果表明:应用该技术可有效对荔湾3水合物富集区第四条带水合物空间刻画,揭示出该区水合物饱和度最高可超40%,同时薄层与厚层水合物具有明显互层分布特征,在水合物矿体刻画及饱和度预测基础上,进一步对该区实施了井位优选,该方法预测的水合物层与实际钻探H1和H2站位吻合较好。这些结果说明常规三维油气地震数据在经过宽频处理后可应用于高分辨率水合物勘探,节约经济成本,同时提高了常规地震在水合物勘探中精度与实用性。     

深水半潜式钻井平台DP3动力定位系统设计和应用

海洋石油气开采向着更深的水域和更恶劣的环境进军,随着水深的增加,传统的锚泊定位系统因锚链重量的增加和平台甲板可变载荷的减少已不能满足深水海洋石油气勘探开采装置的定位要求,代之以数字计算机控制技术的动力定位系统(DP3)。其通过不断地检测平台实际位置与目标位置的偏差,产生控制指令并通过控制系统分配到对应的推进器上,使平台保持在设定的位置上或沿设定的轨迹运动。针对某3 000 m深水半潜式钻井平台项目,对DP3动力定位系统的设计和应用进行了介绍,并对平台的动力定位系统和辅助系统进行了FMEA分析。     

Oceanic vertical mixing of the lower halocline water in the Chukchi Borderland and Mendeleyev Ridge

Oceanic vertical mixing of the lower halocline water (LHW) in the Chukchi Borderland and Mendeleyev Ridge was studied based on in situ hydrographic and turbulent observations. The depth-averaged turbulent dissipation rate of LHW demonstrates a clear topographic dependence, with a mean value of 1.2×10–9 W/kg in the southwest of Canada Basin, 1.5×10–9 W/kg in the Mendeleyev Abyssal Plain, 2.4×10–9 W/kg on the Mendeleyev Ridge, and 2.7×10–9 W/kg on the Chukchi Cap. Correspondingly, the mean depth-averaged vertical heat flux of the LHW is 0.21 W/m2 in the southwest Canada Basin, 0.30 W/m2 in the Mendeleyev Abyssal Plain, 0.39 W/m2 on the Mendeleyev Ridge, and 0.46 W/m2 on the Chukchi Cap. However, in the presence of Pacific Winter Water, the upward heat released from Atlantic Water through the lower halocline can hardly contribute to the surface ocean. Further, the underlying mechanisms of diapycnal mixing in LHW—double diffusion and shear instability—was investigated. The mixing in LHW where double diffusion were observed is always relatively weaker, with corresponding dissipation rate ranging from 1.01×10–9 W/kg to 1.57×10–9 W/kg. The results also show a strong correlation between the depth-average dissipation rate and strain variance in the LHW, which indicates a close physical linkage between the turbulent mixing and internal wave activities. In addition, both surface wind forcing and semidiurnal tides significantly contribute to the turbulent mixing in the LHW.