局部抛石法治理海管悬空试验与实践

针对某作业区油气管道悬空问题,作业公司曾采取多种治理方案,均出现了不同程度的失效。在总结国内外悬空治理方案的基础上,提出了局部抛石治理海管悬空的方法,即在管道悬空段某位置进行局部抛石,形成支撑,使悬空段一分为二,从而达到治理目的。针对局部抛石方法设计了水池试验,掌握了流体对局部石堆的破坏机理,得到了各设计石堆的失稳流速,为局部抛石治理管道悬空实践提供了试验依据。考虑到水池试验的局限性,作业公司选取某一悬空段进行了海上局部抛石实践,结合水池试验和海上抛石实践共同研究局部抛石的可靠性,研究结果表明局部抛石石堆稳固可靠,可以用于海管悬空治理。(图5,表1,参20)     

海底悬空管道的静力分析

研究了沿立管与水平管连接处悬空管段的静态分析，讨论了海底悬空管道所受的环境载荷，并开发了相应的计算机软件。该软件不但能计算静载荷下的强度，还能计算静态强度下的临界悬空长度。将理论结果与数值计算结果做了比较，结果表明，两种计算结果是一致的。     

三维海底悬空管道自振特性研究

利用有限单元法对三维海底悬空管道的自振特性进行了模拟分析研究,建立了悬空管道的三维分析模型,得到了三维管道刚度和质量矩阵,并形成了悬空管道的自由振动方程.采用机械振动的广义JACOBI理论编制JACOBI程序,计算固有频率的数值解及临界悬空长度.结果表明,采用JACOBI程序可以快速、方便地求出海底悬空管道的固有频率,为海洋工程的管道设计提供依据.     

海底管道悬空段状态检测及安全性评价

由于海况的变化,海底管道会出现悬空段,其安全性受到高度关注.采用侧扫声呐及浅层剖面检测技术,对某海底管道进行了实际检测,得到了管道全线的掩埋、裸露、悬空现状,同时对悬空段进行了加密检测,探明了海床状况.构建了海底悬空管道应力分析模型及涡激振动分析模型,并基于实际检测结果,对该海底管道进行了悬空应力分析及涡激振动分析.结...     

埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策

对埕岛油田海底管道冲刷悬空的机理进行了理论分析及模型试验,给出了海底管道在水流作用下发生共振时实际最大允许悬空长度的范围,并在此基础上对抛砂袋结合混凝土块覆盖法、水下短桩支承法和挠性软管跨接法等治理对策进行了对比.提出应采取改进常规的挖沟埋管工艺、实行定期检查和测量海底管道悬空长度范围等治理措施,尤其对已投产和新建的海底管线悬空问题的治理,建议应分别采用水下短桩支撑法和防生物覆盖或挠性软管跨接法.     

海底管道泄漏快速封堵试验

针对目前管道快速封堵技术存在的各种问题,基于新型橡胶复合材料的开发,开展了海底管道泄漏柔性自黏式气囊封堵技术研究,研制了具有自主知识产权的自黏式快速封堵气囊。模拟试验和海上现场试验结果表明:该封堵气囊具有承压和保压能力强、施工时间短、操作简便、成本低廉、安全可靠等优点,能够满足水深不小于25 m、管内压力为0.5 MPa、管径为80~600 mm的穿孔、裂口或管道弯曲等多种泄漏形态的海底管道快速临时封堵要求,同时可以满足清管及管道维修更换的应急处理要求,工程应用前景广阔。     

海底管道立管局部冲刷数值模拟

基于κ-ε湍流模型,建立了海底管道立管与海洋平台桩腿相连接、海流流经海洋平台桩腿发生绕流现象的三维流场模型,模拟了冲刷过程中不同条件下立管附近流场及压力的变化,研究了海底管道立管局部冲刷机理.模拟结果表明:随着与立管连接的横管悬空量增大,立轴漩涡越来越密集,海底管道局部冲刷速度加快;在一定范围内,随着桩腿与立管间距的增大,冲刷速度加快,但是当该间距增大到一定程度时,冲刷速度逐渐减慢;增大桩腿的直径,可以减少海流携带泥沙量,冲刷作用得以减缓.     

某海底混输管道局部腐蚀原因

为了分析某海底混输管道外壁严重腐蚀的原因,采用宏观形貌观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、能谱分析及X射线衍射等手段对切割的2.2 km外壁严重腐蚀管段进行深入研究。结果表明:海底管道外壁呈现不均匀局部腐蚀形态,腐蚀方式以点蚀为主,局部伴有较深蚀坑;海底管道局部腐蚀原因是防水帽失效,使海水进入保温层,海水沿防腐层破损处渗入后与钢管表面直接接触,而钢基体中的硫化物夹杂为点蚀诱发源,由海水中的Cl-诱发并加速点蚀,部分点蚀向钢基体内部及周围扩展形成较深的蚀坑;海底管道局部腐蚀发生与发展的机理为自催化效应和氧浓差腐蚀电池,防水帽内侧盐分的浓缩进一步加剧了腐蚀进程,而防水帽对阴极保护电流有屏蔽作用,形成了封闭的腐蚀环境,使局部腐蚀难以控制。研究结果对于加强海底管道运行管理,保障海上油气田安全生产及提高开发效率具有重要意义。     

往复潮流作用下海底管道冲刷防护试验

在海洋油气资源深入开发过程中,诸多油气管道需要穿越海底,由海洋水动力条件引起的海底管道冲刷悬空是导致管道涡激振动破坏的重要原因。针对现有冲刷防护措施在强潮流海域海底管道工程中适应性较差的问题,以杭州湾强潮流海域某海底管道为原型,应用双向流水槽进行比尺物理模型试验,对往复潮流条件下人工草防护海底管道冲刷效果进行研究。结果表明:海底管道局部冲刷深度随人工草疏密度、铺设宽度的增加而减小,当铺设宽度增加至临界宽度时,冲刷深度减小为0。以多元回归拟合法拟合试验数据,获得疏密度与人工草临界宽度之间的关系式,研究结果可为强潮海域海底管道工程冲刷防护措施的设计与实施提供参考。     

海底管道失效原因及基于ROV的海底管道巡检技术

统计分析了国内外海底管道的失效原因,包括设计不合理、管道材料质量问题、海管施工质量问题、冲刷与悬跨、船舶起抛锚作业、船只搁浅、落物冲击、采沙作业引起海底管道悬空、拖网捕鱼、内外腐蚀、设备故障、操作失误。探讨了基于遥控潜水器(ROV)的海底管道巡检技术,其在工作深度、设备搭载能力和复杂海况的适应性方面优势明显,由ROV搭载检测设备进行管道巡检,基本方式是ROV巡线航行,进行常规检测,并在可疑区域或故障点悬停,进行精细检测,甚至可完成水下干预。     

悬空管道支座激振的动力响应

悬空管道常因支座扰动的激励而发生振动，为此，计算中引入固定系数，模拟相邻跨对于计算跨的约束，从而将单跨的和多跨的悬空管道都归结为单跨梁，并采用简化的Euler-Bernoulli梁受迫振动微分方程，求解了几种常见约束边界的悬空管道对于支座扰动的动力响应。     

安装铺设的点荷载对大口径海底管道局部屈曲影响

大口径海底管道在安装过程中受到点荷载作用,比常规口径管道更易发生局部屈曲失稳。DNVGL-ST-F101-2017规范虽然给出了海底管道局部屈曲校核中对于点荷载的修正方法,但未考虑混凝土配重层对管道的保护作用,不符合真实的大口径管道结构形式,而且计算结果偏于保守。应用有限元分析方法,对大口径海底管道安装过程中点荷载引起的局部屈曲进行系统研究,分析过程考虑了工程中真实的管道结构形式,并结合工程算例将有限元方法的计算结果与依据DNV规范的计算结果进行对比,从分析方法上实现了对DNV规范的补充,对于大口径海底管道的局部屈曲设计具有较好的推广价值。(图3,表1,参16)     

海底稠油管道停输再启动研究

根据海底稠油管道停输再启动的特点，以及影响再启动过程的主要因素，介绍了一种针对海底稠油管道而研制的预测再启动过程的计算软件，分析了准确预测再启动过程中存在的难点，并提出了部分建议。     

海底双重保温管道传热特性研究

用瞬态法测定了使用不同年限的泡沫保温材料整管导热系数,测定结果表明,随着使用时间的延长,保温材料结构收缩,导热系数增大。通过试验确定了双重保温管道环行空间自然充换热在低Ｃｒ．Ｐｒ数下当量导热系数的６计算公式。模拟计算表明,土壤当量导热系数的取值对管道的传热计算影响不大,给出海底双重保温管道总传热系数的计算公式。     

喷射式海底挖沟机试验研究

为研究影响喷射式挖沟机挖沟能力的因素,设计物理模型,并选择合适的泥沙作为试验底质,开展了室内模型试验。通过测量冲沟断面和水中泥沙质量分数的变化,研究了流速和挖沟机行进速度对挖沟效果的影响,并分析了冲沟沟型从刚开挖至平衡状态的历时变化过程和变化原因。试验结果表明:流速对冲沟深度的影响是有一定限度的;挖沟机行进速度的变化对沟宽的影响明显大于对沟深的影响;冲沟断面历时变化的前一阶段,沟深变浅的同时沟宽增大,这是因发生冲沟塌方、滑坡以及沟内泥沙的落淤而造成的,而后一阶段沟深变浅但沟宽没有明显增大的原因主要与泥沙的密实度有关。     

基于小挠度理论的悬空管道力学分析

根据小挠度理论,建立了黄土塌陷、水冲、滑坡等弓J起的管道悬空段的力学模型,考虑管子自重、防腐层重量、输送介质重量、温度应力、土体的内聚力等对管道的作用,给出了以上各种载荷的计算方法,并利用ANSYS软件计算了不同悬空长度管道的应力分布,找出了最大的Mises应力及位移值,以及它们所对应的位置.     

山地悬空管道地震作用下的动态响应分析

山地石油天然气管道不可避免的要跨越一些悬空地区,悬空管道一旦遭遇地震破坏将会造成重大损失和增加抢修难度,因此研究悬空管道在地震作用下的动态响应尤为重要。而目前针对山地悬空管道抗震性能的研究较少,悬空管道在地震作用下的动态响应还不是十分清楚。利用有限元软件ABAQUS对悬空管道进行了模态分析和地震响应分析,对不同的参数进行了研究并绘制了管道的应力和位移曲线图。研究结果表明,管道壁厚、悬空长度、管径都会对山地悬空管道在地震作用下的动态响应产生一定的影响,其中悬空长度和管径影响最大。该研究结果为悬空管道在地震作用下的受力性能分析提供了依据。     

油气海底管道的风险评价

从失效可能性分析和失效后果计算两个方面阐述了油气海底管道的风险评价。介绍了海底管道失效的主要形式和三种失效概率模型,给出了失效可能性等级划分的方法。从安全后果、经济后果和环境后果三个方面说明了海底管道失效后果的计算方法,并根据风险矩阵确定了油气海底管道的风险状况等级。     

海底管道路由的调查方法

以在建的岙山-册子岛-镇海段海底管道路由的调查方案为例,确定了该管道路由的调查方案,并将调查的路由方案划分成A、B、C、D、E五段,从五段路由的登陆段调查、工程地球物理调查、工程地质勘察、气象水文动力环境观测与设计要素计算及腐蚀因子测定等方面,介绍了海底管道路由的调查方法,并列举了提交的成果报告书包括的内容.