【摘要】：鋪設(shè)在深海的油氣輸送管道,承受高溫高壓的作用,極易引起管道的整體屈曲。對(duì)于深水,一般采用裸置方法鋪設(shè)管道。枕木法和分布浮力法作為側(cè)向屈曲控制措施,目的在于將一個(gè)“大”的屈曲分割成幾個(gè)“小”的屈曲。研究裸置管道的整體屈曲控制措施具有重要意義。本文基于ABAQUS軟件,采用管土摩擦接觸模型通過(guò)隱式動(dòng)力算法分析具有初始缺陷的海底管道的側(cè)向屈曲特性,以及安裝枕木對(duì)側(cè)向屈曲的控制作用,分析溫度、最大應(yīng)力與側(cè)向變形幅值之間的關(guān)系。采用彈簧單元模擬管土相互作用,分析分布浮力單元參數(shù)對(duì)屈曲特性的影響規(guī)律。根據(jù)當(dāng)前的雙層管等效方法建模,建立了以ITT31接觸單元模擬管中管結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型,并對(duì)ITT單元參數(shù)進(jìn)行分析,分析等效方法在ABAQUS有限元模擬中的適用性。主要研究結(jié)論如下:(1)枕木法使管道在預(yù)設(shè)位置發(fā)生屈曲的誘發(fā)效果很好,提升枕木高度能有效提高誘發(fā)整體屈曲的效果,降低最大應(yīng)力值,但隨著高度增加,其改善效果則減小。提升枕木表面粗糙度不利于改善誘發(fā)效果,但利于控制側(cè)向位移幅值。該結(jié)論為枕木法的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。(2)管道屈曲對(duì)于分布浮力單元參數(shù)十分敏感,相對(duì)于浮力單元長(zhǎng)度來(lái)說(shuō),浮力的大小更為重要。通過(guò)對(duì)不同浮力單元參數(shù)的分析,揭示了分布浮力單元參數(shù)對(duì)于整體屈曲的影響機(jī)理。(3)初始缺陷波長(zhǎng)及波幅對(duì)于對(duì)管道整體屈曲均有影響,但是波幅對(duì)于整體屈曲的影響更大,而缺陷波長(zhǎng)相對(duì)影響較小。增加初始缺陷波幅相當(dāng)于使管道提前發(fā)生了整體屈曲。(4)建立了可靠的雙層管數(shù)值模型,得到了不同外管溫度對(duì)管道整體屈曲特性的影響規(guī)律。
【圖文】：

1.1 論文選題的背景和意義現(xiàn)今海底油氣管道工作條件多種多樣，管道的尺寸和輸送溫度也各有不同。到目前為止，海底管道在海洋油氣資源的開(kāi)發(fā)中，依然承擔(dān)著海上油氣田的 生命線 的職責(zé)。海底管道作為油氣田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主要組成部分，發(fā)揮著無(wú)法替代的重大作用[1]，海上油氣田如圖 1-1 所示。自 1947 年在美國(guó)墨西哥灣建成第一處真正意義上的海洋平臺(tái)到如今已有 70 余年，隨著人們的逐漸開(kāi)采，淺海的油氣資源日益減少。伴隨著人們對(duì)深海資源的探索，20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，，人們?cè)诎臀�、墨西哥灣以及北海等地勘探出了深水油氣田，從此人們開(kāi)發(fā)海洋石油氣的步伐開(kāi)始從淺海逐漸邁入到深海。近年來(lái)，經(jīng)我國(guó)南海的油氣勘測(cè)、開(kāi)發(fā)表明，其油氣資源蘊(yùn)含量巨大，是繼波斯灣、北海和墨西哥灣之后世界四大海洋油氣聚集中心之一，被稱為 第二個(gè)波斯灣[2]。

由于海洋油氣資源的開(kāi)采不斷向深水邁進(jìn)，海底輸油管道所面臨的土壤、環(huán)境載荷等復(fù)雜問(wèn)題，加上本身承受的高溫高壓的工作條件，海底管道極生結(jié)構(gòu)失效，嚴(yán)重者甚至破裂泄露，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和難以彌補(bǔ)的環(huán)境。第一條海底管道是由 Brown&Root 公司于 1954 年在美國(guó)墨西哥灣鋪設(shè)成，發(fā)展至今，全世界累積鋪設(shè)的海底管道總長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到了數(shù)十萬(wàn)公里。而綜合實(shí)力飛速發(fā)展的中國(guó)，海底油氣也成為了不可忽視的重要資源。因而我海洋油氣田開(kāi)發(fā)的工程也逐步蔓延開(kāi)來(lái)，作為重要組成部分的海底管道工程到了大力的發(fā)展。1985 年，我國(guó)開(kāi)始鋪設(shè)了自己的第一條海底管道，該管處埕北油田[4]。我國(guó)海底管道鋪設(shè)工程發(fā)展突飛猛進(jìn)，從 20 世紀(jì)末期發(fā)展今，總鋪設(shè)長(zhǎng)度達(dá)到 6000 公里以上，在短短 20 年內(nèi)完成了 3 倍的增長(zhǎng)，目國(guó)單就鋪設(shè)長(zhǎng)度而言已步入世界前列[3]。海底油氣輸送管道就好比連接海上平臺(tái)、FPSO 以及港口儲(chǔ)油設(shè)備的通道，在海底形成了一個(gè)好比神經(jīng)系統(tǒng)的油氣輸送網(wǎng)絡(luò)，如圖 1-2 所示為海南至香港的輸氣管道[3]。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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