海洋柔性立管作為各國深海石油開采的一把利器,因具有較好的柔性、耐腐蝕性、重量輕以及安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn),正逐步取代傳統(tǒng)的鋼制管道,成為未來海工發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。由于我國在海洋柔性立管研究方面起步較晚,國外又對(duì)出口的柔性立管產(chǎn)品實(shí)行嚴(yán)格的技術(shù)保密和專利保護(hù),從而導(dǎo)致了我國現(xiàn)今深海開發(fā)所使用的海洋柔性立管產(chǎn)品全部依靠進(jìn)口,這不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本,而且還嚴(yán)重影響了我國深海石油開發(fā)的進(jìn)程,因此對(duì)海洋柔性立管的國產(chǎn)化研制已經(jīng)刻不容緩,這也必將會(huì)成為我國未來海工發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。本文以一種典型的粘結(jié)性非金屬海洋柔性立管——熱塑性玻纖增強(qiáng)柔性立管為研究對(duì)象,針對(duì)其關(guān)鍵工藝的制備流程、增強(qiáng)層截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、截面力學(xué)性能研究、極端海況下的整體強(qiáng)度分析這幾個(gè)方面做了一些基礎(chǔ)性的研究,具體研究工作總結(jié)如下:(1)研究了玻纖增強(qiáng)柔性立管的兩個(gè)關(guān)鍵工藝的制備流程即增強(qiáng)層的纖維纏繞工藝和內(nèi)襯層的三層共擠工藝流程,并對(duì)這兩個(gè)工藝流程中所使用到的關(guān)鍵設(shè)備以及制備過程中出現(xiàn)的部分問題進(jìn)行了簡要的介紹和分析。(2)根據(jù)深海500米處使用的海洋柔性立管技術(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo),利用ABAQUS有限元軟件,參考DNV-RP-F119標(biāo)準(zhǔn),對(duì)玻纖增強(qiáng)柔性立管的增強(qiáng)層截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單一螺旋角度纏繞和多角度纏繞這兩種纏繞方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并最終設(shè)計(jì)出了滿足強(qiáng)度要求的單一螺旋角度纏繞結(jié)構(gòu)的柔性立管其增強(qiáng)層最小纏繞厚度為11.4mm,最優(yōu)纏繞角度為±60°;多角度纏繞結(jié)構(gòu)的柔性立管其增強(qiáng)層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分別為:抗壓層為4mm(纏繞角度為90°)、抗拉層為3.6mm(纏繞角度±30°)、補(bǔ)強(qiáng)層為4mm(纏繞角度為±55°)。(3)利用ABAQUS有限元軟件并結(jié)合材料力學(xué)公式計(jì)算了兩種不同增強(qiáng)層纏繞結(jié)構(gòu)的玻纖增強(qiáng)柔性管的拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度值,計(jì)算結(jié)果顯示多角度纏繞結(jié)構(gòu)柔性管的三種剛度值分別為129074744N、512.36KN.m2、750000N.m2,均大于單一螺旋角度纏繞結(jié)構(gòu)柔性管的這三種剛度值119593220N、459.5KN.m2、600000N.m2。此外,本文還計(jì)算了這兩種柔性管模型在無內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑,計(jì)算結(jié)果顯示單一螺旋角度纏繞柔性管在無內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑分別為3.79m和8.57m,均小于多角度纏繞柔性管在無內(nèi)壓和有內(nèi)壓作用下的最小彎曲半徑3.87m和9.23m。(4)針對(duì)玻纖增強(qiáng)柔性立管在極端海況下的整體強(qiáng)度分析,以綜合力學(xué)性能較好的多角度纏繞柔性立管模型為研究對(duì)象,采用了從整體到局部的強(qiáng)度分析方法,利用專業(yè)的海工軟件Orcaflex首先進(jìn)行了整體靜力學(xué)分析,確定出該柔性立管的危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)槔鞆埩ψ畲蟮捻敳繎覓靺^(qū)域和彎矩最大的底部觸地段區(qū)域;然后再針對(duì)這兩個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域基于船體在近位點(diǎn)、遠(yuǎn)位點(diǎn)這兩個(gè)典型位置分別進(jìn)行100年一遇海流和10年一遇波浪聯(lián)合作用、10年一遇海流和100年一遇波浪聯(lián)合作用下的動(dòng)力學(xué)分析,提取危險(xiǎn)截面的最大拉伸張力和最大彎矩,并作為后續(xù)局部模型強(qiáng)度校核分析的邊界條件;最后對(duì)柔性管的局部模型進(jìn)行強(qiáng)度校核分析,校核結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的多角度纏繞柔性立管能夠滿足在這兩種極端海況下服役的強(qiáng)度要求。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P756.2;TE95
【部分圖文】：

如圖Ｍ所示，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前世界上被發(fā)現(xiàn)的海上油田數(shù)量已經(jīng)高達(dá)１６００多個(gè)，其??中大約有２００多個(gè)油氣田已經(jīng)進(jìn)入投產(chǎn)狀態(tài)，年產(chǎn)石油量高占全世界石油總產(chǎn)量的??１／３［４１。我國海域遼闊，海疆面積約為３００多萬平方公里，油氣資源極為豐富，如圖１－２??所示，例如具有“第二波斯灣”之稱的南海，現(xiàn)已被探測到的油氣構(gòu)造數(shù)量己經(jīng)多達(dá)??２００多個(gè)［５＿８］。雖然目前我國海上油氣資源儲(chǔ)量較高，但是這些油氣資源卻大部分位于??深水和超深水海域，限于我國目前的海工裝備技術(shù)水平與西方發(fā)達(dá)國家相比較為落??后，因此現(xiàn)今仍然主要以邊際油田開發(fā)為主，對(duì)海深３００米以上的海域開發(fā)較為困難，??而西方發(fā)達(dá)國家在這方面卻早己實(shí)現(xiàn)了?２４３８ｍ水深的石油開采??隨著南海被發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏豐富的油氣資源后，越南、菲律賓等東南亞各國家爭先邀攬??掌握先進(jìn)深海開采技術(shù)的西方國家，以合作的方式與其進(jìn)行掠奪性地開采南海油氣資??源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，己有２００多家石油公司在南海鉆井，總量接近兩千口，年產(chǎn)石油總量５０００??萬噸。目前我國海洋石油資源開發(fā)形式嚴(yán)峻

粘結(jié)性柔性管結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前主由Ｔｅｃｈｎｉｐ、Ｄｅｅｐｆｌｅｘ、Ｗｅｌｌｓｔｒｅａｍ和ＮＫＴ等國??外公司壟斷生產(chǎn)，截面結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外一般包括：骨架層、內(nèi)襯層、抗壓層、耐磨層、??抗拉層、絕緣層和外保護(hù)層，如圖１－３所示。非粘結(jié)性柔性管的骨架層、抗壓層和抗??拉層是通過鋼帶按照不同的設(shè)計(jì)角度纏繞而成，具有較好的抗壓性。由于為非粘結(jié)性??海洋柔性管，在服役期間，層與層之間經(jīng)常發(fā)生相互滑移現(xiàn)象，因此會(huì)對(duì)柔性管造成??嚴(yán)重的疲勞損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)層間脫離和功能層結(jié)構(gòu)失效問題，嚴(yán)重影響了管道的使??用壽命。粘結(jié)性非金屬柔性管結(jié)構(gòu)則較為簡單，一般由內(nèi)襯層、增強(qiáng)層、外保護(hù)層三??大部分組成，如圖１－４所示，目前主要由Ａｉｒｂｏｎｅ和Ｍａｇｍａ等國外公司研制生產(chǎn)，它??們掌握著整套粘結(jié)性非金屬柔性管的核心制備技術(shù)。粘結(jié)性非金屬柔性管的增強(qiáng)層是??基于熱粘合纏繞工藝，通過纖維帶不同角度的纏繞制備而成，內(nèi)部各層之間相互粘結(jié)??固定，不會(huì)出現(xiàn)類似于非粘結(jié)性柔性管一樣的層間相互滑移現(xiàn)象，因此較非粘結(jié)性柔??性管具有更好的耐疲勞性

粘結(jié)性柔性管結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前主由Ｔｅｃｈｎｉｐ、Ｄｅｅｐｆｌｅｘ、Ｗｅｌｌｓｔｒｅａｍ和ＮＫＴ等國??外公司壟斷生產(chǎn)，截面結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外一般包括：骨架層、內(nèi)襯層、抗壓層、耐磨層、??抗拉層、絕緣層和外保護(hù)層，如圖１－３所示。非粘結(jié)性柔性管的骨架層、抗壓層和抗??拉層是通過鋼帶按照不同的設(shè)計(jì)角度纏繞而成，具有較好的抗壓性。由于為非粘結(jié)性??海洋柔性管，在服役期間，層與層之間經(jīng)常發(fā)生相互滑移現(xiàn)象，因此會(huì)對(duì)柔性管造成??嚴(yán)重的疲勞損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)層間脫離和功能層結(jié)構(gòu)失效問題，嚴(yán)重影響了管道的使??用壽命。粘結(jié)性非金屬柔性管結(jié)構(gòu)則較為簡單，一般由內(nèi)襯層、增強(qiáng)層、外保護(hù)層三??大部分組成，如圖１－４所示，目前主要由Ａｉｒｂｏｎｅ和Ｍａｇｍａ等國外公司研制生產(chǎn)，它??們掌握著整套粘結(jié)性非金屬柔性管的核心制備技術(shù)。粘結(jié)性非金屬柔性管的增強(qiáng)層是??基于熱粘合纏繞工藝，通過纖維帶不同角度的纏繞制備而成，內(nèi)部各層之間相互粘結(jié)??固定，不會(huì)出現(xiàn)類似于非粘結(jié)性柔性管一樣的層間相互滑移現(xiàn)象，因此較非粘結(jié)性柔??性管具有更好的耐疲勞性
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2850188