基于惯性测量单元的海底管道铺设过程中形变监控系统研究

海底管道铺设过程中,在重力、托管架及张紧器的共同作用下,会形成上弯段与下弯段。管道上弯段的变形与应力主要由托管架控制,下弯段通过张紧器控制,使得管道的弯曲半径满足最小弯曲半径的要求。然而,当水深变化较大或水深较深时,管道下弯段的弯曲半径较难控制,目前,还没有很好的办法进行监控,以及时调整张紧器的张力,防止由于张紧器张力调节不及时造成的铺管过程中的管道屈曲。基于惯性测量单元,提出了适用于海底管道形变监控系统的设计思想,给出了样机的机械结构、单元选取、数据采集等模块的设计原理,并对样机进行了实验验证。     

多点支撑托管架支撑下的海洋管道铺设中的静力分析

本文以实际工程中点支撑托管架支撑下的海洋管道为分析对象,采用Ｂ样条函数分段拟合了从张紧器到海床间整段管道在铺设时的空间曲线,利用样条函数配点法求解管道的平衡微分方程,得到了管道在铺设过程中所必须的数据。本方法适用性好,理论简明,求解快,精度高。     

基于ABAQUS的海底管道铺设期间椭圆化损伤分析

在海底管道铺设安装过程中,张紧器的夹紧力和张力的变化,可能会对管道造成椭圆化损伤。椭圆化损伤对管道今后的安全性具有较大的影响。结合理论分析和ABAQUS有限元分析软件,提出计算管道椭圆化损伤的方法。对于夹紧力,结合DNV规范计算得到不同管道所能承受的最大夹紧力。分析发现,管径越小,壁厚越大,管道抵抗椭圆化损伤的能力越大。对于张力,利用elbow单元建模,其优势在于能够模拟beam单元无法分析的截面变形,同时又能避免采用shell单元可能出现的计算成本过大的问题。分析发现,张力减小,管道的椭圆化损伤增大。     

基于悬臂梁模型的管道矫直理论及有限元分析

海底管道的卷管铺设过程涉及多次正向和反向弯曲,并会产生较大的塑性变形。在铺设入水前,管道必须进行矫直处理,因此如何准确预测矫直过程中管道的力学响应以及如何对矫直器进行合理的设置具有重要意义。针对中国首艘卷管式铺管船“深达号”的矫直装置设计与典型工况,建立了一种基于悬臂梁的力学理论模型。该模型综合考虑了铺设过程中退卷和矫直的加载历程、管道材料的弹塑性特性以及校准器和上、下矫直器的相对位置关系。模型能实现对反弯半径及矫直器姿态等关键参数的计算。建立有限元分析模型,对理论模型进行验证并对管道矫直过程进行数值分析。结果表明理论模型可以准确预测管道矫直所需反弯半径、矫直器侧向行程以及倾角等参数。在管道矫直过程中,上矫直器处的作用载荷远大于下矫直器处。所提出的矫直理论模型可适用于不同尺寸管道的矫直分析,矫直后残余曲率满足DNV规范要求,预期可为“深达号”的实际矫直工艺设计提供指导。     

Study of natural vibration characteristics of deep-water riser considering heave motion of platform and tension-ring's motion

研究深海顶张力立管(TTR)的固有振动特性.通过考虑两种不同的分析模型,研究沿水深变化的轴力以及张紧环运动对于立管固有振动频率和振型的影响.考虑立管顶端动边界条件及立管轴力随水深变化,提出了计算深水顶张力立管固有振动频率的方法,给出考虑浮体升沉及张紧环运动时顶张力立管的固有振动特性.结果表明,考虑变轴力和张紧环的影响是计算立管固有频率需要考虑的;立管浮体的运动,导致立管频率显著变化,从而改变立管的共振特性.     

考虑浮体升沉及张紧环运动深海立管固有振动特性研究

研究深海顶张力立管(TTR)的固有振动特性。通过考虑两种不同的分析模型,研究沿水深变化的轴力以及张紧环运动对于立管固有振动频率和振型的影响。考虑立管顶端动边界条件及立管轴力随水深变化,提出了计算深水顶张力立管固有振动频率的方法,给出考虑浮体升沉及张紧环运动时顶张力立管的固有振动特性。结果表明,考虑变轴力和张紧环的影响是计算立管固有频率需要考虑的;立管浮体的运动,导致立管频率显著变化,从而改变立管的共振特性。     

深水管道S型铺设监测研究

目前,深水管道S型铺设取得了优异的铺设成果,逐渐成为深水海底管道铺设的重要方法,但其铺设环境复杂,上弯段管道与托管架动态接触,现有分析手段无法有效模拟。同时,S型铺设关键设备的设计技术还不成熟,没有相应的设计规范。首先对深水管道S型铺设开展监测研究,提出了深水管道S型铺监测方案,最后利用实验室模型实验验证了该方案的可行性,可以为深水S型铺设关键设备的设计提供必要的设计数据。     

国外海底管线的铺设和开沟埋管技术

一、概述近海石油的开发始于三十年代后期。四十多年来海洋石油工业已有了突飞猛进的发展。据不完全统计全世界铺设的海底管线总长已超过32000公里。早期石油开发一般都在离岸较近的浅海区,水深仅6米,且管道较短、管径较细,大多是井口与平台、井口与井口以及平台与平台之间的集油管线。通常采用带刚性直托管架的方驳型     

深水S-lay管道形态和内力分析的分段解析方法

考虑深水S型铺设中离散均布托辊对上弯段管道的支撑作用,提出了管道铺设形态和内力的分段解析求解方法,通过迭代搜索算法确定管道最佳反弯点和升离点的位置,结合刚性悬链线理论和欧拉梁弯曲理论,推导了管道的变形和内力的解析表达式。依据所建立的分段解析方法编制了相应的数值计算程序,以某3 000 m水深铺设12英寸管道为例,计算了管道形态和内力响应,与商用有限元软件的数值分析结果进行对比,表明了分段解析方法的准确性和有效性。建立的方法具有较高的计算效率,为进一步开展S型铺设参数的优化或可靠性研究提供了有力的手段。     

深水管道S型铺设托管架基本设计分析

将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段,通过微分求解,结合设计规范,得到了托管架几何参数:托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程;分析发现,托管架最大曲率由两部分组成:托管架整体曲率和托辊处局部曲率,分别由托管架几何参数和托辊参数控制;通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数,证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单,易为工程设计人员掌握。