单重保温管海底管线在铺设状态的层间剪力分析

以渤海某油田海底管线建设项目为例,根据单重保温管的结构特点,根据力的层间传递特性和变形协调条件,建立了进行单重保温管各层层间剪切力和保温层中剪应力的计算方法,为海底单重保温管的设计提供了依据。     

单重保温海底管线层间抗剪能力的室内全比尺试验研究

单重保温管较传统的双重管中管结构具有很多优势。铺设单重管最容易出现的问题是由于张紧器张力作用而导致单重管各层之间产生剪切力,如果抗剪能力不足产生相对滑移,就会出现拉脱现象,造成工程事故。以某依托工程采用的单重保温管为例,介绍了各层之间抗剪能力的室内全比尺试验方法,给出的试验结果可供设计参考。     

电流梯度法检测海底管线外防腐层完整性

应用电流梯度检测技术在滨海条件下进行了牺牲阳极保护下的海底管线外防腐层破损检测,并根据海洋环境的腐蚀特性设计了海底管线防腐涂层现场检测的有效实施方案.结果表明,该技术的检测方案可行,可以通过电流梯度法进行海底管线牺牲阳极和涂层破损检测.     

海底水平管线回流区水流特性研究

针对管线绕流剪切层区的水流特征,利用射流分析的类似方法,通过简化控制方程,从理论上探讨了剪切层区的时均速度分布规律。物理试验中采用ADV测速仪对回流区流场进行了测量,对各流区流速和紊动强度变化趋势进行了讨论,并将试验结果与理论推导进行对比,二者基本吻合,为进一步研究海底管线防护措施提供了理论依据。     

层间摩擦系数对非黏结柔性管抗拉铠装层轴压屈曲失效模式的影响研究

在柔性管运输、铺设安装和服役过程中,由于其抗拉铠装层钢带为柔性细长螺旋结构,当外部载荷超过临界值时,抗拉铠装层钢带容易发生屈曲失效。考虑非线性材料、几何大变形、层间接触和摩擦等非线性效应的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了63.5 mm典型非黏结柔性管8层完整结构模型,研究了在抗拉铠装层不同层间摩擦系数的情况下,非黏结柔性管在轴向压缩载荷作用下的力学性能和屈曲失效模式。研究结果表明,层间摩擦系数对非黏结柔性管的抗压刚度和抗拉铠装层屈曲失效模式有较大影响,层间摩擦系数以0.1和0.2为分界点,抗压刚度和屈曲失效模式均呈现出“三段式”变化规律。研究成果可为海洋非黏结柔性管的结构设计和屈曲失效评估提供技术参考。     

南黄海海水中悬浮体跃层及底部浑水层

南黄海海水中悬浮体含量垂向分布中常见有跃层现象,它们是在海浪和潮流综合作用下,由海底表层沉积物的再悬浮产生的。南黄海冷水团促进了浑水层和悬浮体跃层的发育。 浑水层能够改变光、声波在海水中传播的性质,增大海水的浮力,增强对海底的侵蚀力。     

黄河三角洲软弱层变形和刺穿作用

黄河三角洲刺穿体分布在废弃三角洲叶瓣水下斜坡的下部,成因与密西西比三角洲有很大差别,其形成与软弱层变形(内因)和海洋侵蚀(外因)密切相关。高分辨率黄河三角洲典型的地震地层和解释地层剖面、浅地层剖面和钻孔资料联合解释表明,海底刺穿的发源层来自于河口沙坝下部的前三角洲相软弱层变形。三角洲特有的地层结构造成软弱层上覆的物质压力分布不均,普遍存在一个沿三角洲斜坡下部分布的低压异常带,三角洲堆积过程中,软弱层在低压异常带中的变形已经存在,形成前三角洲上部的凸出地形。黄河口摆动后,海底快速冲刷,在最大冲刷中心也是最大压力释放中心刺穿体形成,随着海洋侵蚀速率减缓,刺穿作用将逐渐减弱,最终将被冲刷消亡。软弱层变形及刺穿对海洋工程设施危害极大。类似这种三角洲特有的地层压力结构在平原海岸地区广泛存在,深入研究软弱层变形机理,对近海工程意义重大。     

海洋雾状层的成因及其对海洋碳循环过程的影响

海洋雾状层既是陆源物质进入海底的输送通道,又是海洋水体中沉降颗粒及底部再悬浮颗粒物的停留场所。雾状层物质来源主要有陆源、生源以及海底表层沉积物的再悬浮,不同海区、不同层位的雾状层的物质来源有所差异;雾状层的成因具有复杂性,既有物理作用,又有生物及化学作用,大量研究表明,海底洋流、内波(潮)等物理作用是雾状层形成的主要控制因素。雾状层中碳的存在形态主要有颗粒有机碳(POC)、溶解有机碳(DOC)、胶体有机碳(COC)以及无机碳,雾状层与其上下海水之间、雾状层与海底表层沉积物之间不同形态碳在生物-化学-物理动力系统作用下不断发生物质交换与迁移,对海洋碳循环生物地球化学过程起重要的控制作用,是整个海洋碳循环的一个不可忽视的环节。     

海底双层管单层连接管道结构受力分析

粘性高的海洋石油通常需要通过海底保温管道加温输送.温度变化会引起管道变形,并在管壁内产生较大的温度应力.同时,管道正常运营期间还受到管道内压、外压、管内流体粘滞力和土体摩擦力等环境荷载的作用.复杂的环境可能导致海底管道轴向应力过大发生破坏.为了提高铺管效率,提出了双层管单层连接管道这一特殊管道形式,并从理论上分析温度变化和环境荷载对该管道的影响,计算正常运行时管道不同位置处横截面内最大Von-Mises应力.最后得到了Von-Mises应力沿管道轴线分布情况,发现内管和单层连接管的应力一般比外管大,变径管和内管的焊缝处是Von-Mises应力最大的地方.     

海管碎石保护结构抵抗拖锚危害的模型试验研究

船舶走锚时可能对海底管线造成破坏,实际工程中常用碎石保护结构来对海底管道进行保护。为了研究这种结构的保护效果和保护机理,在大型试验槽中对三种尺寸模型锚进行了模型试验。在试验中测量了锚爪尖端位置和锚爪力在保护结构中的变化,得到锚体从细砂进入保护结构时的运动过程和运动规律,据此研究了碎石保护结构对海底管线的保护效果并分析了保护机理。     

Analysis on Interface Shear Stress of Thermally Insulated Ocean Pipelines Under Installation

1.IntroductionMost of the crude oil producedfromoffshore China has a highcontent of wax,which makesthe oilagglomerate at hightemperature.Heat preservation measures,therefore,must be adopted to maintainthe temperature higher thanthe oil’s pour point,sotha…     

海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法

海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力（Max Stress）准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。     

Modelling of flow around a near-bed pipeline with a spoiler

Flow around a pipeline with and without a spoiler near a smooth wall is simulated by solving the Navier–Stokes equations. Finite-difference formulation with a second-order upwind scheme in a curvilinear coordinate system is employed. The influences of the spoiler on hydrodynamic forces, pressure distribution, vortex shedding frequency, velocity profile under the pipe, as well as shear stress on the wall are investigated. The attachment of a spoiler significantly increases drag, root-mean-square (RMS) lift, flow through the gap between the pipe and the wall and shear stress on the seabed around the pipe. The spoiler also generates a non-zero mean downward force on the pipeline, which may enhance the self-burial of the pipeline.     

东海西北部中层冷水垂直热结构数值预报方法研究 Ⅱ.三维数值预报模式

根据含中层冷水海洋垂直热结构的特征,将其分为4层,并考虑来自海面的热力和动力强迫因子、水层界面剪切应力和卷挟热交换、热平流、混合及地形影响等条件下,从原始动量、连续方程组及热传导方程出发,对整个海洋和各水层分别进行垂向积分,导出相应的描述风生界面起伏、各水层平均流场和温度场的闭合方程组.当解得各水层的平均温度场T_k(k=1,2,3,4)后,根据Tk与对应水层界面特征温度间的关系获得后者,最后通过水温剖面表达式获得含中层冷水海洋的三维热结构.为了检验本模式的功能,以时效为5d试报了5月15日研究海域的三维热结构,并将试报结果与实测值进行了比较.结果表明,试报水温的均绝误差为025℃,效果令人满意.     

Effects of a cover layer on wave-induced pore pressure around a buried pipe in an anisotropic seabed

In engineering practice, a cover layer of coarser material has been used to protect a buried marine pipeline from wave-induced seabed instability. However, most previous investigations of the wave–seabed–pipe interaction problem have been concerned only with such a problem either in an isotropic single layer or a rigid pipe. This paper proposes a two-dimensional finite element model by employing the principle of repeatability to investigate the wave-induced soil response around a buried pipeline. The elastic anisotropic soil bahavior and geometry of cover layer are included in the present model, while the pipe is considered to be an elastic medium. This study focuses on the effects of a cover layer (including thickness B and width W of the cover layer) on the wave-induced pore pressure in the vicinity of a buried pipeline.     

热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率.模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型.在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起.在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要.模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率.年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小.     

上层海洋对热带气旋的响应与反馈研究进展

对60年来有关上层海洋与热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的响应与反馈的研究进行了回顾,通过观测手段的完善和改进模式的应用,人们的认识不断提高:TC直接激发的近惯性流最大可达1 m/s,其导致的强烈的剪切造成混合层对下层冷水的夹卷是引起混合层降温的主要原因,并往往伴随着混合层深度的增加,这一影响在TC右侧更为最著,并可延续几天到几十天不等。TC导致的混合层降温会使得海洋输出的热通量减少,反过来削弱TC的强度,形成一个负反馈,而海洋特殊的热力和环流结构(如暖涡、洋流等)则对TC有正反馈。所以了解TC经过前的海洋初始场对研究TC与海洋之间的相互作用、对预测,TC的强度、路径变化等尤其重要;通过准确的初始场结合越来越完善的模式可以对TC进行更真实的模拟和预测,使得对TC准确的预报和预警成为可能。     

海底管线柔性导流板的变形方程研究

海底输油管线是海洋油气田开发的生命线工程,在复杂的海洋环境中易发生破坏.为使管线实现自埋防护,提出用柔性材料代替刚性导流板安装在管线顶部,不仅可以增加阻水面积,加大冲刷深度和范围,而且可以减缓刚性导流板对管线上部水流的扰动强度和尾流涡旋的扰动强度,减小管线的振动.利用力学关系由变形方程推导出海底管线与海底间距离为零以及不为零情况下柔性导流板变形的二次曲面方程和自由端最大挠度.在单向流条件下将不同材料不同长度的柔性导流板安装在管线中轴上方开展试验研究,测量柔性导流板在水流作用下的变形曲面.对比分析利用公式计算柔性导流板的自由端最大挠度和曲面变形数据与试验结果,发现两者吻合较好.