水下油气设施泄漏救援技术研究与控油装置设计

摘要

近年来，海洋石油开采的规模不断扩大，伴随着众多钻井平台的建立，海洋管道的数目越来越多。由于海洋环境中除海水外，还有众多的溶解物、海底沉淀物及海洋生物，水下腐蚀环境导致海洋管道破坏事件多发。与此同时，海洋石油开采过程中，由于地层压力与井底压力的不平衡就有可能造成溢流事故。管道破裂和地层裂缝是当今我国海洋石油开采时常发生的漏油事故。这些事故的发生不但直接造成重大的经济损失，而且使海洋的生态环境遭受严重的破坏，因此对海洋石油开采过程中泄漏事故的应急处理技术的研究迫在眉睫。
　　本文研究目的是应对海洋石油开采过程中引发的漏油事故，应用“水下油气设施泄漏救援技术”迅速有效地控制住并收集漏油，尽可能的避免泄漏油气污染环境，满足我国日益增长的海洋油气安全开发利用的需求。
　　通过对国内外重大海洋石油泄漏事故及应急救援措施等文献资料的深入分析，提出了“水下油气设施泄漏救援技术”的总体方案。首先采用控油装置扣住漏油点以便收集漏油，然后通过带有快速接头的油气转接装置将控油装置与输送装置相连，最终把收集到的漏油连续输送到水面工程船上储存回收。
　　本文首先提出了“水下油气设施泄漏救援技术”的总体方案。发生油气泄漏事故时，泄漏油气的收集采用控油装置结构，控油装置底部与海底土壤形成开式密封，其顶部设置带有阀门的接头，作为回收油气输送的入口，其内部充满动态的高压流体。紧接着，本文对“水下油气设施泄漏救援技术”的核心部分“控油装置”进行了系统研究。为了保证回收效率及回收率，对控油装置内部流场及其在海底沉降问题进行了数值模拟及理论分析，以便对其结构进行优化，并最终完成其结构设计。通过流场分析，确定装置收集漏油的结构形式；通过分析控油装置在不同刚度土壤表面接触点土体的极限承载力及摩擦力，确定控油装置入泥的沉降量。根据控油装置入泥后的受力状态完成控油装置受力分析和结构设计。为确保控油装置结构强度和刚度等适用于海底工况，对控油装置的各个框架节点、整个结构的应力及关键承载结构进行了强度分析。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的来源、目的和意义

1.3管道失效与地层破裂形式

1.4 水下油气设施泄漏救援技术发展现状

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 水下油气设施泄漏救援技术总体方案

2.1 引言

2.2 水下油气设施泄漏救援技术作业环境及技术指标

2.3水下油气设施泄漏救援技术方案

2.4水下油气泄漏设施救援技术工作流程

2.5本章小结

第3章 控油装置内部流场分析

3.1 引言

3.2 分析求解步骤

3.3 粘性流体数学模型

3.4 数值模拟

3.5 数值模拟结果与分析

3.6本章小结

第4章 控油装置海底沉降研究

4.1 引言

4.2 海底土质概况

4.3 海底土的极限承载力

4.4 控油罩与海底土摩擦力计算

4.5 本章小结

第5章 控油装置结构设计及强度分析

5.1 引言

5.2 控油装置框架节点设计

5.3 框架在冲击载荷作用下响应分析

5.4 控油装置框架内力分析

5.5控油装置结构强度分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 粘性土壤和砂性土壤参数