考虑海床土吸力的SCR-Spar整体波浪响应分析

研究海床土吸力对深海钢悬链线立管(SCR)与Spar平台整体波浪响应的影响。分别采用大挠度曲线梁模型、弹性地基梁模型模拟SCR的悬垂段和流线段,考虑SCR与Spar的动力耦合效应,提出整体分析法,并基于锚链/SCR分析程序Ca-ble3D开发V-Cable3D。考虑海床土吸力影响,时域动力响应分析获得一海况下SCR顶点和触地点的位移、张力、弯矩和应力时程。比较分析表明:SCR顶点和触地点附近分别存在波浪响应过程中的张力最大值和弯矩最大值,吸力对这两个特征量以及立管应力状态影响较大。提出的整体分析法为SCR波浪响应分析方法提供了新思路,对SCR与海床的相互作用分析有一定的参考意义。     

深水浮式平台垂荡运动与水下柔性立管涡激振动的动力耦合

基于有限元数值模拟,进行了"平台垂荡-顶张力立管涡激振动"整体系统的动响应数值模拟。动响应模型考虑了立管尾迹流场的水动力与结构动力的耦合和垂荡引起的立管结构刚度的时变特性;分析了平台垂荡运动的频率、模态阶数等因素对水下顶张力立管涡激振动的影响。数值结果表明:与不考虑平台运动相比,立管的动响应位移会增大;立管响应幅值随着模态阶数的降低而增大;在响应过程中,尤其对于低阶模态,会出现响应的模态转换现象。鉴于在平台垂荡和涡激振动的共同作用下,立管的动响应会大于涡激振动、参数激励分别单独作用的响应,建议在立管实际工程设计中应该考虑平台运动和涡激振动耦合激励作用下的结构动响应。     

海洋输流立管耦合动力分析

综合考虑黏性内流以及立管轴向和流向的耦合效应等多种因素对立管动力响应的影响,基于Hamilton原理推导得出海洋立管耦合振动方程,采用Galerkin法进行数值求解。首先分析波流载荷与平台运动联合激励和仅在平台运动作用下立管动力响应的差异,然后讨论黏性内流和顶部张力对立管动力特性和响应峰值的影响。计算结果表明:波流与平台运动耦合作用和仅在平台运动作用下的立管各阶振动模态和振动峰值存在明显差异,波浪和海流对立管的直接作用不可忽略;内流运动黏性会改变立管振型峰值,立管流向一阶固有频率随内流流速增大而减小,流向和垂向振动峰值分别随之增加和减小,但这种影响很有限,且可以通过增大立管顶部预张力来抵消。     

基于进化策略的顶张力立管海底井口布置方法研究

顶张力立管(TTR)在使用过程中,由于恶劣的工作环境,由多根立管构成的立管束容易发生立管间的碰撞。碰撞一旦发生将对立管的性能产生严重影响。立管在海底井口的合理布置可以有效地减少立管间碰撞的发生。进化策略(Evolution Strategy,ES)是一种快速可靠的遗传算法。考虑到当前进行端口布置时计算量大、计算时间长的问题,将ES应用于顶张力立管海底端口布置的问题上,采用简化模型进行端口布置优化设计,同时对于立管数目较多时,提出将立管进行分组计算的方法,在保证结果正确性的基础上提高计算的快速性。将计算结果与lingo软件计算结果进行了对比,证实了方法的有效性。     

液压式张紧器对顶张力立管静动力响应的影响

为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表明：本文建立的立管动力学分析模型能够有效考虑张紧器的影响;海流作用下立管的静力分析中,张紧器能提供更大的顶张力,从而减小立管的横向位移以及最大弯矩;波浪以及平台作用下的动态分析中,张紧器对平台纵荡的传递影响较小,对垂荡的补偿效应明显,补偿后的立管顶端位移远远小于平台运动幅值,并且在张紧器对顶部平台运动的缓冲作用下立管的位移和弯矩受平台运动影响不大。因此在分析中考虑张紧器对平台运动的传递补偿作用能更准确合理地施加顶张力以及平台运动,从而能更加有效的预测立管的响应。     

基于水动力性能的TLP结构选型研究

为了解决四种典型结构型式的张力腿平台在中国南海荔湾气田极端海况条件下的选型问题,采用新的相似原则以保证平台的设计拥有相同的相似条件。这些相似条件确保了四种平台具有相似的水动力性能和系泊性能。考虑平台和系泊系统包括顶张紧式立管(TTRs)、钢悬链式立管(SCRs)及筋腱之间的耦合效应,运用动态时域耦合分析方法计算得到平台的动力响应,并通过对比不同结构型式的平台在作业、极限及生存工况下的运动响应以得到最优水动力性能平台。文中还分别对四种张力腿平台的动态响应、筋腱受力、气隙分析和动晕环境条件进行对比分析,分析结果为实际工程提供参考。     

考虑温度应力下深海输油立管动力特性及响应研究

考虑深海输油立管管内外温差产生的温度应力以及管内流体流动和管外海洋环境荷载的共同作用,建立了深海输油立管振动微分方程,采用有限元法对输油立管动力特性及动力响应进行求解,并将考虑温度应力及不考虑温度应力的立管动力特性及在波浪作用下的立管动力响应进行了对比。结果表明,对于动力特性,温度应力的存在会使得立管自振频率降低;对于动力响应,会使得波浪作用下动力响应幅值增强而频率略有降低,易引起立管的疲劳破坏。     

TLP风机基础二阶动力响应研究

针对概念设计的位于南海的三腿TLP浮式风机基础,应用基于水动力与空气动力耦合的FAST程序在时域内开展了风机基础的动力响应分析。结果表明,风载荷对TLP风机基础六个自由度的动力响应,尤其是纵摇影响显著。由于耦合作用,二阶波浪力进一步增大了基础的纵荡、横摇和艏摇响应。谱密度分析表明,风载荷及二阶波浪力显著地增大了浮式基础水平面内的低频运动。此外,基于风机基础运动时程,应用ORCAFLEX软件开展了时域内筋腱的顶部张力特性分析,结果表明,风载荷和二阶波浪力增大了筋腱顶张力幅值。     

基于缓波布置构型的深水立管动力优化机理研究

缓波型立管可以有效降低深水立管的顶端张力,缓解浮式结构运动对立管触地区的耦合作用,从而提高立管触地区的疲劳寿命。通过改进细长杆理论模型以及浮力段等效优化,提出基于多重波形串联布置的深水缓波型立管构型(简称多重缓波型立管),通过对比不同浮式结构垂荡激振以及海流作用下悬链线立管、缓波型立管以及多重缓波型立管的动力响应特征和运动传递路径,探究缓波布置构型对深水立管动力响应的影响规律和对立管触地区运动的解耦机理。结果表明:基于缓波布置构型的深水立管通过构建缓波构型可以大大降低立管触地区的法向运动响应,进而优化该区域的动态曲率及抗疲劳性能;相比于缓波型立管,多重缓波型立管在动态轴力及动态曲率等方面没有显著优势,但在触地区曲率幅值响应上具有一定竞争力。     

海洋内孤立波中顶张力立管的动力响应研究

基于商业软件Fluent,建立大振幅海洋内孤立波数值水槽,获取内孤立波波致水平流速和水平加速度沿垂向的分布,结合改进的Morison公式,计算内孤立波对立管的作用,采用有限单元法在时域中对内孤立波作用下顶张力立管的动力响应进行数值模拟,并就顶张力大小、内流密度、内孤立波振幅对立管动力响应的影响进行探讨。结果表明,内孤立波对顶张力立管产生强剪切作用,使立管发生较大变形,产生较高应力,并在波谷到达时刻出现最大位移和应力,立管上层流体部分的位移和应力明显大于下层流体部分的位移和应力。     

内流对立管顶张力影响规律的试验研究

通过大长细比海洋立管物理模型试验,研究内流对其顶张力的影响。在不同的外流流速下用电子流量计读出内流流速,用动态电阻应变片测试得到顶端张力;然后直接分析内流对顶张力的影响规律。试验研究表明:内流的增加会使顶张力减小;施加的初始顶张力较大时,内流的影响较小;施加的外流较小时,内流对顶张力的影响较大。     

超深水钻井作业隔水管顶张力确定方法

对于深水和超深水钻井作业,确定钻井隔水管系统顶张力是钻前设计非常重要的工作。研究三种隔水管系统顶张力确定方法,分别是理论方法、基于隔水管系统底部残余张力方法和基于下放隔水管系统的最大钩载方法。算例计算与超深水钻井实践对比表明,在相同的隔水管系统配置下,三种方法计算结果都接近于实际钻井作业时的顶张力设定值。但研究认为,基于下放最大钩载的顶张力计算方法简单实用,推荐作为优选方法。     

平台运动下深水钻井隔水管非线性动力响应研究

建立深水钻井隔水管在波、流和平台运动的联合作用下的运动方程,模拟1 000 m深水钻井隔水管的非线性动力响应.分析在波、流作用下钻井液密度和顶部张力比等因素对隔水管振动频率的影响,研究平台的静偏移和动态运动对隔水管最大弯矩分布的影响.结果表明,平台运动对深水钻井隔水管的动力响应有较大影响,使隔水管上部最大弯矩峰值增加了1倍多.     

内孤立波作用下顶部张紧式立管动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用考虑内流的细长杆动力学方程,结合改进的Morison公式,研究两层流体中内孤立波与顶张立管的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析在该内孤立波作用下某顶张立管的内孤立波载荷与运动响应,以及立管横截面弯矩及其应力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对顶张立管产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平变形,而且还会使其横截面弯矩及其应力显著增大。因此在深海立管的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。     

深水立管设计标准中内波作用的分析与探讨

深水立管的设计、建造以及安装都必须依据相关规范进行,中国当前尚未出台专门针对立管设计的相关标准,现阶段还是以参考国外规范为主。本文首先对立管设计、安装中涉及的相关规范和工业标准进行介绍,论述当前国外API、ABS和DNV设计规范中关于深水立管环境条件及其载荷的相关规定,然后针对中国南海等海域普遍存在的内波现象,分析了内波尤其是内孤立波对顶张力立管的影响,结果表明,内孤立波会引起立管较大的位移以及较高的应力幅值,需要在设计分析中加以考虑。最后对中国在引入API、ABS和DNV等相关规范设计深水立管时提出相应的建议,以期为南海海域油气开发中立管的设计提供参考。     

Critical Top Tension for Static Equilibrium Configuration of A Steel Catenary Riser

This paper aims to present the critical top tension for static equilibrium configurations of a steel catenary riser (SCR) by using the finite element method. The critical top tension is the minimum top tension that can maintain the equilibrium of the SCR. If the top tension is smaller than the critical value, the equilibrium of the SCR does not exist. If the top tension is larger than the critical value, there are two possible equilibrium configurations. These two configurations exhibit the nonlinear large displacement. The configuration with the smaller displacement is stable, while the one with larger displacement is unstable. The numerical results show that the increases in the riser’s vertical distances, horizontal offsets, riser’s weights, internal flow velocities, and current velocities increase the critical top tensions of the SCR. In addition, the parametric studies are also performed in order to investigate the limit states for the analysis and design of the SCR.     

Critical Top Tension for Static Equilibrium Configuration of A Steel Catenary Riser

This paper aims to present the critical top tension for static equilibrium configurations of a steel catenary riser（SCR） by using the finite element method. The critical top tension is the minimum top tension that can maintain the equilibrium of the SCR. If the top tension is smaller than the critical value, the equilibrium of the SCR does not exist. If the top tension is larger than the critical value, there are two possible equilibrium configurations. These two configurations exhibit the nonlinear large displacement. The configuration with the smaller displacement is stable, while the one with larger displacement is unstable. The numerical results show that the increases in the riser＇s vertical distances, horizontal offsets, riser＇s weights, internal flow velocities, and current velocities increase the critical top tensions of the SCR. In addition, the parametric studies are also performed in order to investigate the limit states for the analysis and design of the SCR.     

护岸工程设计的体会和实例

通过青岛海洋公园、名人精品雕塑园等护岸工程设计实例,总结介绍了护岸工程设计体会,包括平面布置原则,高程确定方法,护岸结构型式等。     

深海调查绞车牵引机构和储缆机构分离技术系统分析

简要介绍了深海调查绞车的技术发展状况,分析了牵引机构和储缆机构分离技术为基础的绞车的组成部分和其相应的功能,探讨了牵引卷筒、储缆卷筒和直角排缆器的液压传动系统和控制系统的基本工作原理,并对绞车储缆卷筒的自适应张力控制器做了简单的介绍。     

烷烃与海水界面张力的研究

于１９９１年３月－１９９２年６月间用滴体积法较系统地测定正已烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、正十二烷、正十六烷和煤油与海水在不同的温度（１６－４０℃）和盐度（１０－４０）范围内的界面张力，测定值的相对误差≤０．５％。对数据进行统计处理后，归纳出所研究烷烃－海水界面张力与温度和盐度的经验关系式，计算与实验值相对误差≤０．５％。