海洋油气柔性立管是用来连接水下生产系统或海底管道和海上浮式设施的主要结构,因其具有可设计性强、经济性好、易铺设等优势,在海洋石油领域得到了广泛的应用。在油气输送过程中,气体渗透冷凝现象是柔性立管损伤的重要因素,若不及时处理会影响正常生产,造成严重的经济损失。因此,对柔性立管气体渗透冷凝规律及其影响因素进行研究,针对性地提出控制气体渗透的措施和方法,对于保障我国海上石油生产安全具有重要的意义。为此,本文从气体渗透冷凝机理出发,对影响柔性立管气体渗透冷凝的因素进行了较全面的研究,并编制了相关软件,得到的结论和成果可为我国柔性立管的设计、制造以及安全运行管理等提供技术支持。本文主要工作及研究成果如下:首先,建立了海洋油气柔性立管气体渗透冷凝模型,利用Fortran语言编写了气体渗透冷凝程序,并对程序进行了验证。对影响海洋油气柔性立管气体渗透的多相流流型、气体种类、出口压力和入口温度进行了模拟研究。结果表明,多相流流型对气体渗透有显著影响,段塞流和环状流流型下气体渗透速率最快;当PA-11作为内压密封层时,气体渗透速率由高到低依次为CO2、CH4和水蒸气;环空水蒸气冷凝后生成的液态水质量较少,远小于CH4和CO2质量;随着出口压力和入口温度的升高,环空气体总压和冷凝水质量逐渐增大,当温度上升至90℃时,继续升温对冷凝水质量的增量影响较小。其次,设计、搭建了气体渗透冷凝实验装置,开展了水蒸气渗透冷凝实验,研究了水蒸气在装置中的初次冷凝和再次冷凝过程,并计算了冷凝液滴的前5代直径、相邻代液滴的比例以及冷凝壁面的有效覆盖率。同时,基于建立的液滴冷凝生长模型,利用Matlab编写了水蒸气滴状冷凝程序,根据实验数据对模型进行了验证,并分析了水蒸气冷凝过程中液滴最大半径、液滴平均半径、壁面冷凝液总体积、表面覆盖率随时间和固定成核点数目的变化规律。研究表明,模拟条件下,当液滴滑落时,环空壁面冷凝液滴最大半径约为0.48 cm,液滴平均半径约为0.35 cm,18×18 mm模拟区域内可容纳冷凝液的体积约为0.5 cm3,冷凝表面覆盖率约为0.8。随着冷凝壁面固定成核点数目增多,液滴最大半径、液滴平均半径和冷凝表面覆盖率的平均增长速率也随之增大,但对三者可达到的最大值影响不大,仅对壁面冷凝液总体积波动影响较大。然后,以流花20-2油田柔性立管为研究对象,从柔性立管聚合物层材料的种类、厚度、立管屏蔽因子、环空放空压力和环空体积等五个方面对影响柔性立管气体渗透的结构参数进行了研究。以环空气体压力和立管安全为评价指标,根据模拟结果和实际情况给出了每个结构参数的最优值。同时,设计了柔性立管环空检测装置,并在西江油田进行了现场验证,可为柔性立管服役期间安全稳定运行提供保障。