杭州湾海底管道冲刷自埋演化过程初步研究

针对杭州湾海底管道的实际工程状况,使用声学探测技术对海底管道冲刷自埋演化过程进行了现场检测,验证了海底管道从初始敷设状态依次发展为孔道冲刷、部分掩埋、尾流冲刷、尾流冲刷平衡、再次孔道冲刷和回淤自埋状态的演化过程.采用数值模拟方法分析了海底管道自埋演化过程中的典型状态,结果表明:管道下方的渗流和天然微孔隙是孔道冲刷起动的...     

强潮海湾Spoiler海底管道冲刷机理分析

本文基于历年检测资料统计分析了杭州湾海底输油管道裸露埋深状态变化规律,结合水文地形测量资料、辅以数学模型手段,从Spoiler自埋设计、杭州湾水流特性、管道路由海床演变特性以及人类活动等多因素探索了杭州湾海底管道裸露埋深状态变化的原因。研究结果表明:杭州湾管道80%以上处于埋深状态,局部管段长期裸露,裸露管段主要位于北岸深槽和庵东边滩滩坡区域;管道冲刷与管道路由海床演变特性、水流与管道夹角以及Spoiler自埋设计的发挥密不可分;杭州湾南岸围垦工程的实施与该区域管道裸露、掩埋状态密切相关。     

基于实测资料的杭州湾海底管道裸露悬空历年变化趋势及风险区分析

近岸海底管道受海流影响,原处于掩埋状态的管道易出现裸露及悬空情况,掌握海底管道在位状态变化趋势是对其实施安全管理的关键和基础。以东海杭州湾海域内长距离海底输油管道为例,根据 2008—2021 年连续多年采用声学探测方法获取的管道外检测资料及成果,在统计分析海底管道历年状态变化趋势的基础上,重点分析管道悬空、裸露状态的游移变化情况及悬空段的分布特征;针对管道悬空频现、悬空长度较长的风险区,分析管道悬空的主要特征及管道附近海床冲淤演变情况,为海底管道安全运行管理及悬空段防护决策提供数据支撑,为海底管道检测频率、管道状态变化分析提供案例参考。     

基于CEL法的埋深海底管道受坠物撞击损伤分析

海底管道一旦受到坠物撞击损伤,会造成严重的环境污染及经济损失,为保证管道在运行期间的安全性,常对其进行埋深处理。对于有埋深的海底管道,坠物的撞击会造成管道上覆土体的大变形,在数值模拟中会导致网格畸变,甚至无法收敛。耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)可有效处理土体大变形问题,本文基于此方法建立了坠物-管道-土体有限元模型,分析了坠物撞击速度、质量、形状、海床土体性质(弹性模量、内摩擦角、黏聚力)、埋深对海底管道塑性变形的影响。结果表明,管道的凹痕深度随坠物撞击速度和质量的增加而增加;坠物与海床土体及管道接触面积越小,管道的凹痕深度越大;管道的埋置深度及海床土体的性质对吸收坠物的撞击能量有直接关系:海床土体的强度越高、埋深越大,管道所受到的损伤程度越小。分析结果可为管道的设计与防护工作提供科学依据,且与现行规范比较,本文方法更加经济、合理。     

基于跨航道抛锚作业的海底管道埋深研究

抛锚作业给跨航道海底管道带来的安全风险问题越来越引起人们的关注。为了加强海底管道防冲击能力、保障管道的安全运营,针对抛锚冲击作用下的管道埋深进行研究。通过建立小尺寸抛锚冲击管道实验平台,获得了冲击荷载作用下抛锚高度、管道埋深、堆石材质等参量对管道响应的影响。并基于正交实验原理,综合分析了不同参量对管道响应的敏感性。利用有限元法对抛锚冲击管道的过程进行瞬态动力分析,进一步研究了堆石材料力学特性对管道埋深的影响。结果表明:在冲击荷载作用下,堆石层的材料特性对冲击能量的耗散起着重要作用。通过将数值分析结果与实验数据作对比,并结合DNV规范中的能量计算方法,提出了抛锚冲击荷载作用下管道最小埋深的计算方法。研究成果为海底管道的安全铺设提供一定的理论指导。     

海底油气管道夹具维修技术

夹具维修技术目前已经成熟地应用在陆地和海底油气管道维修作业中。根据夹具维修技术在海底油气管道的应用情况,介绍了海底管道夹具维修方法。针对海底油气管道维修技术中的关键部件海底管道夹具,依据不同密封形式,对"国外夹具"设备性能进行了介绍,并分析了海底管道夹具设备研发设计需依据的标准、关键点,为海底管道夹具研发设计做参考。最后根据我国目前海底管道运行及建设情况,提出了开发海底管道夹具维修技术的建议。     

杭州湾南部海域背景冲刷对海底管线安全性影响分析

海底管线的出露和悬空会其的安全性造成很大程度的影响,而背景冲刷又是导致海管出露和悬空的主要因素,因此对背景冲刷尤其是强潮海域背景冲刷的研究显得极为重要。本文根据2018年7月—8月在杭州湾南部宁波镇海和舟山马目之间海域所采集的多波束测深、侧扫声呐和浅地层剖面探测等数据资料,研究了海域的水深地形特征和海域内4条海底管道的埋藏现状,通过对比2006年和2012年的水深数据,分析了杭州湾南部海域背景冲刷现状,并通过对冲刷过程的研究,分析了影响海底管线安全性的几个主要因素。研究表明:研究区内4条海底管道均有不同程度的出露,海域背景冲刷在2006—2018年的12年间发生了很大变化,西南部大片浅滩区域背景冲刷由淤积状态变为强冲刷状态,这与潮流的流速流向以及沉积物供应的改变有关,强背景冲刷会加速海底管道的出露和悬空,严重影响海底管道的安全性,同时,从长期来看,在强背景冲刷海域,填土回埋并不是解决问题的有效方法。     

坠物与拖网板撞击海底管道的损伤分析

针对船舶抛锚、海洋平台坠物以及渔业拖网板对海底管线的撞击会造成损伤,本文采用非显式有限元法对其损伤程度进行了模拟。采用Drucker-Prager(DP)模型模拟海床,建立了坠物-管道-土体有限元模型,分析了坠物质量、形状、撞击速度、海床土体性质(弹性模量、内摩擦角、粘聚力)、埋深及拖网板撞击方式对海底管道塑性变形的影响。分析结果可以为管道的设计与防护工作提供科学依据,并且与现行规范进行了比较,本方法结果更加经济、合理。     

带有柔性阻流器的海底管道冲刷防护试验研究

从管道尾流区泥沙颗粒的受力平衡着手,探讨了管道冲刷的临界压力差。在此基础上,提出了一种防止或减少管道冲刷的新方法,即在管道下方安装柔性阻流器。通过物理模型试验,研究了单向恒定流及规则波作用下,柔性阻流器对管道两侧床面压力、冲刷深度的影响。试验结果表明:柔性阻流器的安装能明显减小管道两侧床面的压力差。在单向恒定流作用下,管道的冲刷深度随阻流器长度的增加而减小;当阻流器达到临界长度时,冲刷消失。规则波时,因阻流器的扰动作用,冲刷深度有所增加;但随阻流器长度的增加,其扰动作用减小,对床面的防护作用增加,因而冲刷深度减小。     

导流板对波浪作用下海底管线影响研究

为研究导流板对波浪作用下海底管线的影响,在FLUENT中建立二维数值波浪水槽对不同导流板高度的海底管线附近波浪场进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行了比较,结果表明,计算结果与试验结果较为吻合。添加导流板后管线表面压力分布及波浪力均发生变化。水平波浪力最大值随着导流板高度的增大而增大,而垂直波浪力最大值则随之逐渐减小。     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S—N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

杭州湾海水中的硼和锶的研究

采用作者研究的ＯＰ－ 乳化剂增敏姜黄素分光光度法测定海水中的溶解硼,用ＩＣＰ－ ＡＥＳ法测定海水中的溶解锶。发现在杭州湾海水盐度５ ．５６３ ～２６ ．３９７ ,氯度３．０２２ ～１４ ．５８２ 范围内,硼浓度为０ ．６８ ～３．２４ｍｇ／ｋｇ,锶浓度为１ ．２９～５ ．８８ｍｇ／ｋｇ,Ｂ（ｍｇ／ｋｇ）／Ｃｌ 比值为０ ．２１９～０ ．２４５,平均值为０．２３２±０ ．００７ ,Ｓｒ（ｍｇ／ｋｇ）／Ｃｌ 比值范围为０．３９８ ～０．４４０ ,平均值为０．４１７ ±０．０１１ 。结果表明,湾内海水中的硼和锶浓度与海水盐度或氯度均有很好的线性正相关关系,丰水期与枯水期水样数据关系相同,不因采水时间不同而变化。实验数据统计回归线与理论稀释线比较后表明,湾内海水中锶与硼均具有良好保守性质;湾内海水中的硼和锶主要来自湾外潮汐输入。湾东北沿岸海水高的Ｂ／Ｃｌ比值,暗示着此处有含硼工业废水排入湾内,认为Ｂ／Ｃｌ 比可作为近岸河口海水硼污染的一种指标。杭州湾海水中未检测到硼有机络合物。     

杭州湾海水碱度研究

用ｐＨ法测定了杭州湾海水的碱度。结果表明,１９９４ 年５ 月份,杭州湾海水在盐度１２ ．０９７～２６ ．３９７ 之间的碱度变化范围为１．５５ ～２．２３ｍｍｏｌ．ｄｍ － ３ ,平均值为１ ．７５７ｍｍｏｌ．ｄｍ － ３ 。相应的比碱度变化范围为０．１０６ ～０ ．３２４,平均值为０．２０２ ． 碱度高值出现在北岸上海石化总厂附近。因受北岸工业废水排放影响,湾内碱度自西北向东南降低。丰水期湾内海水比碱度显著增大,主要受径流的影响。枯水期湾内碱度和比碱度与盐度或氯度呈负相关关系。     

海底滑坡对置于海床表面管线作用力的CFD模拟

海底管线是海洋工程中用于传输原油和天然气等的重要通道,通常放置在海床表面或处于悬跨状态。本文采用计算流体动力学CFD法模拟了不同冲击角度下海底滑坡对置于海床表面的海底管线的作用,得到了管线所受的轴向荷载和法向荷载与滑坡冲击角度之间的关系。同时分析了沿冲击方向管线截面形状与管线所受阻力之间的关系。对已有研究进行拓展延伸,丰富了不同工况下轴向阻力系数和法向阻力系数的计算成果,得出了海底滑坡对置于海床表面管线冲击力的计算公式。     

杭州湾近期环境演变与沉积速率

本文追述了杭州湾4万年来的沉积环境演变,论述了近期湾内沉积环境的差异,以及不同时间尺度的沉积速率。从钻孔样品的综合分析得知,4万年来杭州湾和东海大陆架一样亦二经沧桑。陆海变迁不仅在岩性组合、微体古生物诸方面留下确凿证据,而且有确切地貌部位样品~(14)C测年印证。杭州湾3～5m厚的沉积结构特征,显示出其各沉积区环境的明显差异和数百年来的继承性。从全新世沉积层的厚度与年代推算,8000～9000a来其沉积速率一般平均为0.11～0.25cm/a;其口门段中北部细粒沉积物区(锋面活动区),近百年来的沉积速率(~(210)Pb)为1.0～1.2cm/a;有机农药以及风暴层比对的沉积速率与其吻合。     

1992—2012杭州湾海域生物多样性的变化趋势及原因分析

本文依据浙江省舟山海洋生态环境监测站(1992—2012年)20年的杭州湾生态环境质量监测数据,对杭州湾海洋生物多样性的现状及发展趋势进行了分析,并结合环境因子对生物多样性的变化原因进行了探讨。结果表明:杭州湾海域生物生存环境较为恶劣,生物多样性较低,生物群落结构简单,种类较少。20年间,杭州湾海域生物多样性的变化可大体分为2个阶段,第一阶段是20世纪90年代初至2000年,杭州湾生物群落的各项指标普遍呈现下降的趋势;第二阶段是2000年后至今,由于各项生态环境保护措施加强,杭州湾生物群落得到一定程度的恢复。相关性分析表明,DIN、DIP、COD和富营养化对杭州湾海域生物多样性产生了显著的影响。20年来杭州湾海域生物多样性的变化主要受人类活动的影响,污水排放导致的富营养化对生物多样性的丧失也有很大影响,滩涂围垦等沿海开发使海洋生物栖息地片段化,单调化,加速了生物多样性的降低。