發(fā)布時間：2020-06-04 21:09

【摘要】：海底管道是海洋油氣田生產(chǎn)過程中輸送海洋油氣的生命線。當海底管道作業(yè)時,存在著大量的由第三方活動造成的偶然載荷對海底管道撞擊進而造成海底管道凹陷變形的現(xiàn)象。由于其運營環(huán)境的特殊性,海底管道一旦因為受撞擊凹陷變形導致管道發(fā)生泄露或破損,將會對海上油氣田的生產(chǎn)以及海洋環(huán)境的安全造成巨大影響。因此準確預測海底管道受撞擊損傷機理,對于保障海底管道的安全性具有重大意義。針對海底管道受撞擊損傷理論分析的研究,本文基于塑性基礎弦模型,將海底管道凹陷變形分為了環(huán)向變形以及線向變形,通過虛位移原理得到了能量平衡方程,建立了海底管道在內(nèi)外壓差影響下的凹陷模型,求解得到了在管道兩端旋轉(zhuǎn)受約束以及管道兩端可自由旋轉(zhuǎn)兩種邊界條件下,考慮內(nèi)外壓差及軸向力作用的撞擊力與凹陷深度的關系式,對海底管道遭受撞擊后撞擊力與凹陷深度的響應特性進行了預測。并將得到的結果與兩種經(jīng)驗公式以及有限元模型計算結果進行驗證。最后,對本文求解所得的關系式中的相關影響參數(shù)進行了分析,得到了內(nèi)外壓差以及徑厚比對海底管道遭受撞擊后撞擊力與凹陷深度響應特性的影響,為海底管道的制造以及安全評估提供了較好的參考。
【圖文】：

東省惠州市 121-1 油田天然氣管道被拉斷。根據(jù)相關數(shù)據(jù)分析，每 1000 千米的海底管道就有 0.2％的發(fā)生損傷的風險[13]。近年來，越來越多的海底管道和海底電纜損傷事故表明，必須加大對海底管道的安全防護方面的研究，為海底管道的安全運營提供支持。根據(jù)江錦等人的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，47％的海底管道發(fā)生破壞損傷的事故是由腐蝕導致的，32％的海底管道發(fā)生破壞損傷的事故是因為拖網(wǎng)和落物等第三方活動撞擊引起的，剩下的事故是由其他因素引起的[14]。雖然腐蝕是造成海底管道損傷的主要因素，但是大部分海洋污染事故以及海上油氣田生產(chǎn)運營損失都是由錨泊撞擊等第三方活動產(chǎn)生的偶然載荷造成的海底管道破壞損傷[15-16]。海底管道在生產(chǎn)運營的過程中，類似船舶拋錨撞擊管道等大量的第三方活動，將造成海底管道產(chǎn)生凹陷破損，嚴重的話會造成管道失效。因此迫切需要對海底管道遭受撞擊產(chǎn)生局部凹陷后的力學性能進行分析，從而制定一系列保護措施，盡量減少第三方撞擊對海底管道所造成的破損傷害，提高海底管道的使用壽命。

圖 2.1 常見管道凹陷分類Fig. 2.1 Common pipeline dent classification由上圖可知，平滑管道凹陷和曲折管道凹陷是根據(jù)管道凹陷幾何特性的差異進行分類的。凹陷變形區(qū)域內(nèi)管道管壁光滑過渡，同時凹陷部位的應力、應變較小的情況為平滑管道凹陷。而在凹陷變形區(qū)域管道環(huán)向曲率發(fā)生顯著改變，，且應變突增時，即為曲折管道凹陷。其中平滑管道凹陷包括單純凹陷、焊縫凹陷以及含劃傷（或其他缺陷）凹陷[42]。（1）單純凹陷是指管道在遭受第三方撞擊損傷發(fā)生凹陷時，管道的壁厚沒有改變，同時沒有新增其他類型的缺陷，目前對海底管道受撞擊后凹陷形式的研究多聚焦于此凹陷類型。（2）在管道焊縫以及其附近區(qū)域所產(chǎn)生的平滑凹陷即為焊縫凹陷，該凹陷形式不僅受到凹陷變形的影響，還受到焊縫對管道力學性能的影響，其極限承載能力嚴重減��；（3）含劃痕（或其他缺陷）的管道凹陷是由于管道外側和撞擊物體接觸，使
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE973.92

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