深水悬链锚泊线粘性阻尼计算

深水悬链锚泊线既为上部浮体运动提供恢复力,同时也提供阻尼力,其中阻尼力主要是由于上部浮体运动牵动悬链锚泊线局部振动和整体运动耗散能量而形成的拖曳粘性阻尼力.利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊线的拖曳粘性阻尼.锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,利用Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载.用有限元方法进行非线性时域动力分析,分别计算静水条件和考虑流速分布两种工况下,上部浮体发生慢漂运动、波频运动以及两者组合运动时的锚泊线动力响应,比较不同工况下锚泊线的最大张力和粘性阻尼.     

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。     

荔湾3-1气田深水脐带缆竖直铺设技术研究与应用

随着海洋油气开发逐步走向深海,深水脐带缆的应用越来越广泛。我国在脐带缆安装工程中仅具备浅水(300 m以内)水平铺设的能力,深水脐带缆的铺设技术在国内尚属空白。本文以荔湾3-1气田深水脐带缆铺设工程为例,首先介绍铺设方法的选取原则,提出深水脐带缆竖直铺设的技术要求,随后基于Orca Flex软件,对脐带缆铺设进行静力和动力分析,为铺设期间脐带缆长度和张力的监控、作业气候窗的选取提供参考依据。最后制定脐带缆起始抽拉、正常铺设以及末端铺设的作业流程。该工程为我国首次采用脐带缆竖直铺设技术,本文研究成果和计算方法可为国内其它同类工程提供重要借鉴意义。     

深水钢悬链线立管安装分析研究

钢悬链线立管(SCR)在安装过程中,通常会表现出复杂的动态特性,加强其安装技术及分析方法的研究具有重要意义。基于SCR-Spar生产系统,对深水SCR的安装方法进行研究,给出SCR典型安装步骤和各步骤中的关键问题。采用有限元软件OrcaFlex对海底提升和穿越拖拉安装进行了分析。基于整体时域分析,给出SCR安装操作方案和模拟分析方法,分析了控制安装操作的关键参数及其对SCR安装的影响。研究结果表明,SCR提升操作宜在空管状态下进行,初始提升速度和提升结束时吊头最终位置是控制管线应力/应变水平的主要因素。对于穿越拖拉操作,减小吊头与Spar的初始和最终间距,适当减小穿越拖拉缆长度对控制应力/应变水平是有利的,收/放缆速度对安装影响较小。     

国外深水钢悬链线立管研究发展现状

介绍国外在新型深水立管系统--钢悬链线立管关键技术方面的研究发展现状,论述浮体一、二阶运动对钢悬链线立管疲劳寿命的影响、浮体升沉运动对钢悬链线立管触地点疲劳寿命的影响;钢悬链线立管与海底相互作用机制的实验研究及结果;钢悬链线立管涡致振动与疲劳的研究现状.并简要论述钢悬链线立管触地点问题的研究结论.     

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。     

安装误差对半潜漂浮式风机悬链线系泊系统性能的影响

由于浅水深条件下悬链线系泊系统的性能对系泊缆长度和几何形状更为敏感,悬链线系泊系统的安装误差对其性能的影响较深水条件下的更为显著。因此首先对适用于半潜漂浮式风机的悬链线系泊系统施工进行研究,分别确定了锚安装位置误差、系泊缆预铺误差和系泊缆与漂浮式基础回接误差的来源,并根据施工条件给出了误差值。之后,以浮体动力学仿真作为手段,对系泊缆系统施工误差对其性能的影响进行基于时域仿真的量化研究。研究表明,锚安装位置误差对系泊系统性能影响不大,但系泊缆预铺和回接的误差对系泊系统性能的影响较大。系泊缆回接的误差可造成系泊缆张力平均值和标准差与设计值偏差近20%,可能对系泊系统疲劳寿命评估产生较大的影响。与系泊缆回接误差相比,系泊缆预铺误差的产生原因更为复杂,由于系泊缆预铺误差往往导致系泊缆长度增长,存在误差的系泊缆张力的各项统计值总体偏小,但可能会造成同组无误差系泊缆的张力过载。     

陵水17-2气田深水钢悬链立管强度敏感性分析研究

陵水17-2气田是国内首个采用钢悬链立管的深水气田。以该气田钢悬链立管(SCR)为例,结合国外经验确定了影响强度的主要因素,利用FLEXCOM软件建立了强度分析模型并进行了敏感性分析。通过对比分析,得到以下结论:管线重量公差较其他因素对立管强度有着更明显的影响,管线重量的正负公差分别对立管触地区和悬挂区强度影响较大,其中等效应力最大增加了13.5%;内部压力的变化对重质管线强度影响较轻质管线明显;柔性节点刚度对立管强度的影响主要集中在悬挂区;立管安装误差对悬挂区和触地区等效应力影响为6.5%～9.5%。为陵水17-2气田及其他类似工程提供参考和借鉴。     

顶部浮体激励下钢悬链线立管的动力响应分析

考虑钢悬链线立管大变形的特性以及内流的影响,利用Kane方法和拉格朗日应变理论建立钢悬链线立管的二维动力学模型。将顶部浮体的激励简化为一个沿顺流向的周期作用力施加于立管顶部,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨顶部浮体不同激励频率下立管的非线性动力响应以及内流流速的大小对管道共振响应幅值的影响。     

深海钢悬链立管触地点动力响应分析

研究深海钢悬链立管(SCR)在海洋环境载荷作用下的动力响应.利用非线性弹簧模拟立管与海床触地点的耦合模型,通过模态分析得到钢悬链立管的动力特性参数;时域动力响应分析获得不同工况下触地点及典型部位的位移、弯矩和应力时程.比较分析表明:浮体垂荡运动对触地点的应力状态影响较大,触地点附近存在钢悬链立管动力响应过程中的位移极值点和弯矩极值点.所提方法为触地点区域模拟分析提供了新思路,给出的分析结论对钢悬链立管设计有一定借鉴意义.     

非线性管土耦合作用下钢悬链式立管触地区敏感性分析

浮体运动和海床土刚度是引起钢悬链式立管(steel catenary riser,简称SCR)管土相互作用的关键因素,将导致SCR触地区的疲劳损伤。以工作水深为1500 m的浮式平台上生产立管SCR为研究对象,基于法向抗力模型和侧向阻力模型建立管土作用模型,在环境载荷和浮体运动作用下,开展SCR与浮式平台的整体分析,研究海床土参数对SCR触地区动态响应和疲劳寿命的敏感性。通过改变海床土的不排水抗剪强度Su0、强度梯度ρ、吸力因子f_suc、吸力衰减参数λ_suc以及再贯入系数λ_rep等,得到不同参数对触地区动力响应、疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:①基于软黏土海床,随着不排水抗剪强度Su0的增加,触地区立管疲劳寿命减幅达到33.23%,敏感性最高;②吸力因子f_suc越大,立管疲劳寿命越小且减幅达23.77%,其敏感性较高;③随着再贯入系数λ_rep增大,触地区立管疲劳寿命增幅达到15.48%;④海床抗剪强度梯度ρ和吸力衰减参数λ_suc对立管疲劳寿命影响较小。研究结论能为SCR设计分析及安全服役提供重要参考。     

Cross-Flow VIV-Induced Fatigue Damage of Deepwater Steel Catenary Riser at Touch-Down Point简

A prediction model of the deepwater steel catenary riser VIV is proposed based on the forced oscillation test data, taking into account the riser-seafloor interaction for the cross-flow VIV-induced fatigue damage at touch-down point （TDP）. The model will give more reasonable simulation of SCR response near TDP than the previous pinned truncation model. In the present model, the hysteretic riser-soil interaction model is simplified as the linear spring and damper to simulate the seafloor, and the damping is obtained according to the dissipative power during one periodic riser-soil interaction. In order to validate the model, the comparison with the field measurement and the results predicted by Shear 7 program of a full-scale steel catenary riser is carried out. The main induced modes, mode frequencies and response amplitude are in a good agreement. Furthermore, the parametric studies are carried out to broaden the understanding of the fatigue damage sensitivity to the upper end in-plane offset and seabed characteristics. In addition, the fatigue stress comparison at TDP between the truncation riser model and the present full riser model shows that the existence of touch-down zones is very important for the fatigue damage assessment of steel catenary riser at TDP.     

Configuration analysis of deepwater S-lay pipeline

The safety of offshore pipeline has drawn a great deal of attention during deepwater installation due to the combined actions of high external pressure, axial tension, and bending moment. Meanwhile, the pipeline configuration has a remarkable effect on the structural behaviour of the tube. The special studies focus on the deepwater S-lay technique in the present paper. The stiffened catenary theory is applied to establish the static equilibrium governing differential equation of a pipe element, and the solution equations of the total pipeline configuration from a lay-barge over a stinger to the seabed are derived. The numerical iteration method for solving pipeline configuration is described in detail, and the corresponding program is developed to conduct the analysis of effects of various parameters such as laying water depth, pipe diameter, thickness of concrete weighted coating layer, stinger length, control strain, and axial tension on pipeline configuration. The results show that the laying water depth, the submerged weight of the pipe, and the axial tension are the critical factors influencing pipeline configuration. In addition, geometrical parameters of the stinger such as length, radius, and shape have an important effect on the pipe-laying capacity of the vessel. The validity of the program is further verified by means of a comparison with results obtained from the commercial finite element software OFFPIPE.     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

振荡剪切流作用下钢悬链线立管非线性动力分析

钢悬链线立管(SCR)的非线性动力响应会在复杂的海洋环境下发生改变。以钢悬链线立管为研究对象,采用细长柔性杆理论,考虑波浪与振荡剪切流联合作用,建立钢悬链线立管运动方程并进行有限元离散,在时域中求解,编写相应计算程序,通过算例研究钢悬链线立管在波浪与振荡剪切流联合作用下的动力响应变化规律。将振荡剪切流与一般剪切流进行对比,得到突发海况下振荡剪切流对钢悬链线立管动力响应的影响规律,为复杂海洋环境下的工程设计提供依据。     

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。