缓S、陡S型柔性立管布局总体响应特性研究及动态分析

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石油被誉为工业血液,是现代文明和经济发展的动力之源。经济快速发展的中国,能源短缺问题日益突出,能源安全面临着严峻的挑战。随着陆上能源资源的枯竭和海洋探测及油气开发技术的日益成熟,人类开采石油的足迹逐渐从陆地走向海洋,从浅海走向深海。当前国内外的海洋油气资源开发趋势也是由浅水向深水发展。而有着海上油气田的“生命线”美称的海底管道,作为深水油气田开发建设工程的重要组成部分,对海上油气的开发、生产和产品外输起着关键性的作用。  然而不管海洋石油开发采用什么形式的浮式设备,立管系统是必不可少的。它是海洋石油开发的重要组成装备。在所有立管中,柔性立管使用十分广泛。柔性立管在位运行过程中受工况等多种因素的影响,其空间形态及运动具有典型的强非线性特征,相当复杂。本文以我国南海深水油气田开发的大环境为背景,选取1500m水深缓S、陡S型柔性立管布局为研究对象,运用大型国际水动力海洋工程专业软件OrcaFlex进行海洋深水管线缓S、陡S型立管总体布局进行了动力学分析。  国内外关于缓S型和陡S型柔性立管布局的专门性研究较少,有的也仅限于理论研究,无法直接应用与工程实践。尤其是在国内,对于海洋管线的动力学分析问题一直未能突破500m水深。本文作者通过分析比较国内外相关理论,针对柔性立管的布局形式、水动力性能、线形等进行了数学计算和理论总结,引入国际先进的海洋工程软件OrcaFlex对缓S型和陡S型柔性立管布局进行了建模,实现了水深1500m条件下缓S型和陡S型柔性立管布局的动力学分析问题的实时模拟,突破了近年来我国深水海洋油气开发500m的限制。通过对在两种布局下柔性立管静态性能分析,包括张力分布特性、弯曲曲率分布特性分,得到了不同布局之间的优缺点;同时对两种布局下柔性立管对风浪流各个参数的敏感性分析,得到了各个参数对立管静态性能的影响,为柔性立管在两种布局下的设计提供参考;对柔性立管两种布局状态下进行了动态分析,得到了两种布局状态下柔性立管在船体运动及风浪流载荷下的水动力性能,并与相关规范进行了比较;在不同海床模型下对柔性立管在缓S型和陡S型进行了干涉分析,得出不海床模型对立管相互干涉作用的影响;结合相关规范,对不同海床模型下(建立如下四种海床模型:水平海床模型、坡度海床模型、隆起海床模型、低洼海床模型)进行柔性管线的海床稳定性分析,找出适合在缓S型和陡S型布局下的几个典型海床模型,对具体的工程实践提供理论支持。建模过程中,各种主要参数的动力分析图表化,运用matlab进行辅助数据处理,在总结数据的基础上,作者提出几条对于国内海洋柔性立管缓S型和陡S型布局的几点意见,并就发展国内自主海洋管线动力分析软件提出几点意见。
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