【摘要】：隨著石油和天然氣開采加速向深海邁進,海洋油氣勘探正在更深的海域中建造生產(chǎn)系統(tǒng)。深海管線是深海油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分,其安全性至關(guān)重要,一旦發(fā)生破壞將帶來巨大的經(jīng)濟損失,甚至造成環(huán)境污染。深海油氣開發(fā)的蓬勃發(fā)展也使得深海管線安裝面臨眾多挑戰(zhàn),目前最常用的安裝方法包括卷筒鋪設(shè)、S形鋪設(shè)、J形鋪設(shè)、拖曳鋪設(shè)。 卷筒鋪設(shè)安裝方法由于大部分焊接工作在陸地完成,因此具有鋪管效率高、費用低等優(yōu)點,適用于深水區(qū)域的各種管線(鋼懸鏈立管、臍帶纜等)鋪設(shè)。然而,安裝過程中管線繞在卷筒上會產(chǎn)生塑性變形,導致力學性能變化甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,特別是對于卷軸安裝過程中鋼懸鏈立管的焊縫缺陷以及臍帶纜內(nèi)部套管之間的相互作用影響,均是需在安裝仿真過程中著重探討的。 卷筒安裝對深海管線疲勞性能的影響也是一個需要考慮的重要方面。疲勞是深海管線設(shè)計的關(guān)鍵控制因素,在先前的研究中,大多數(shù)研究是基于單軸變幅載荷對立管疲勞壽命進行預(yù)估的,然而隨著水深加深,深海管線工作環(huán)境更加復雜,致使其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)不再單純地以單軸為主,因此采用多軸方法對深海管線進行疲勞分析可能會更加準確。此外,在卷筒安裝過程中包含著許多隨機性或不確定性因素,這些隨機性因素很大一部分來自結(jié)構(gòu)本身材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸的不確定性,有可能導致鋼懸鏈立管在卷筒安裝過程中力學表現(xiàn)與預(yù)期不一樣,甚至有可能發(fā)生破壞,因此有必要考慮隨機性的因素對卷筒安裝過程進行可靠度分析,以確保深海管線的安全性。 研究探討了深海管線的卷筒安裝對其疲勞壽命的影響,并對卷筒安 裝過程進行了可靠度研究,主要工作如下: 1.深海管線卷筒安裝數(shù)值模擬 采用有限元方法對深海鋼懸鏈立管和臍帶纜卷筒安裝整個過程進行了數(shù)值模擬,重點探討了鋼懸鏈立管中焊縫及臍帶纜內(nèi)部各相互接觸套管在安裝過程中的力學表現(xiàn),并討論了鋼懸鏈立管中未焊透和未融合兩種焊縫缺陷在安裝過程中對材料性能的影響。2.卷筒安裝的深海管線多軸疲勞分析 基于有限元分析,分別對采用卷筒安裝和未采用卷筒安裝的深海管線施加相同的載荷,然后采用臨界平面法對其進行多軸疲勞分析,探討卷筒安裝對深海管線疲勞壽命的影響。 3.鋼懸鏈立管卷筒安裝可靠度分析 選擇材料參數(shù)及立管尺寸作為隨機變量,對各種參與運算的隨機性參數(shù)進行試驗設(shè)計選取樣本點,通過調(diào)用有限元程序?qū)颖军c進行響應(yīng)計算,繼而根據(jù)所得的響應(yīng)值通過響應(yīng)面代理模型技術(shù)構(gòu)造代理模型,在代理模型基礎(chǔ)上采用一階二次矩及蒙特卡羅可靠度分析方法分別對鋼懸鏈立管卷筒安裝過程進行可靠度分析。 采用有限元方法對深海管線卷筒安裝進行數(shù)值模擬,探討了鋼懸鏈立管中焊縫及臍帶纜內(nèi)部各相互接觸套管在安裝過程中的力學表現(xiàn),在有限元分析基礎(chǔ)上對深海管線進行多軸疲勞研究,結(jié)果表明卷筒安裝大大降低了深海管線的疲勞壽命。通過隨機性分析對鋼懸鏈立管卷筒安裝進行可靠度評估,探索了對立管進行高效、科學的分析設(shè)計方法,對工程設(shè)計具有參考意義。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P756.2
【圖文】：

上海交通大學碩士學位論文 第一章 緒論第一章 緒 論 隨著水深的不斷增加，深水技術(shù)裝備也不斷面臨挑戰(zhàn)，深海管線系統(tǒng)(如圖 1-1所示[1])在這一次次的挑戰(zhàn)中得到了很大發(fā)展，從頂張力立管(TTR)發(fā)展到今天的鋼懸鏈立管(SCR)、柔性立管以及混合立管。由于深海平臺在海洋環(huán)境的作用下具有不同的運動特征，因此對連接海底管線和平臺的立管系統(tǒng)也提出了不同的要求[2]。例如張力腿平臺(TLP)和單柱平臺(SPAR)等浮式結(jié)構(gòu)的二階慢漂運動在極端海況時，其最大漂移量可達水深的 6 %～10%。然而，頂張力立管沒有能力順應(yīng)這樣大的浮體漂移，并且隨著水深加深，頂張力的補償也變得越來越困難，難以承受浮體的升沉運動。因此，鋼懸鏈立管和柔性立管成為深水油氣開發(fā)中一種非常有效的解決方案。

上海交通大學碩士學位論文 第一章 緒論第一章 緒 論 隨著水深的不斷增加，深水技術(shù)裝備也不斷面臨挑戰(zhàn)，深海管線系統(tǒng)(如圖 1-1所示[1])在這一次次的挑戰(zhàn)中得到了很大發(fā)展，從頂張力立管(TTR)發(fā)展到今天的鋼懸鏈立管(SCR)、柔性立管以及混合立管。由于深海平臺在海洋環(huán)境的作用下具有不同的運動特征，因此對連接海底管線和平臺的立管系統(tǒng)也提出了不同的要求[2]。例如張力腿平臺(TLP)和單柱平臺(SPAR)等浮式結(jié)構(gòu)的二階慢漂運動在極端海況時，其最大漂移量可達水深的 6 %～10%。然而，頂張力立管沒有能力順應(yīng)這樣大的浮體漂移，并且隨著水深加深，頂張力的補償也變得越來越困難，難以承受浮體的升沉運動。因此，鋼懸鏈立管和柔性立管成為深水油氣開發(fā)中一種非常有效的解決方案。

【參考文獻】

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本文編號：2736807