埕岛油田海底管道应力研究及疲劳评估

摘要

海底石油管道又称为海洋油气资源开发和利用的生命线，是海洋石油开发的重要设施之一。它的安全与否直接影响着海洋石油工业和海洋生物与环境的发展。任何威胁到海底管道安全和持续生产的问题，都有可能会造成生命财产损失，并进而引发严重的次生灾害如海域环境污染等。因此，确保管道结构在服役期内的安全可靠对于海洋油、气开发是至关重要的。埕岛油田地处黄河口滩海交界地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂，造成该海区大面积区域冲刷，特别是在平台附近，由于平台存在局部冲刷，造成海底管道立管底部附近出现悬空现象。这种现象还在进一步加剧中，严重危害到埕岛油田的产能建设及生产安全。这样的悬空现状，对海底管道安全存在极大的隐患，海管一旦泄漏将造成重大经济损失，因此急需研究治理。研究埕岛油田海底管道应力及疲劳评估主要内容包括： 1.悬跨管道模态分析 建立悬空管道的有限元模型，计算不同约束条件下悬跨管道的模态频率和模态振型，分析约束条件对悬跨管道模态频率的影响。 2.悬跨管道波流作用下的应力分析 分析管道在波流作用下的管道的应力范围随悬跨长度、波高、流速等因素的变化关系。 3.管道疲劳评估 依据DNV海管规范对某海底管道在不同浪流组合下的疲劳寿命进行评估。分析不同环境因素，不同悬跨长度对疲劳寿命的影响规律。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2悬空原因

1.2.1海底管道由于受到波流作用形成的悬空段

1.2.2由于海底管道的应力集中形成的悬空段

1.2.3海底地形的崎岖变化形成的悬空段

1.3埕岛油田现状

1.4国内外研究现状

1.5主要目标内容及技术路线

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

第二章 悬跨管道模态分析

2.1有限元建模

2.2模态分析

2.2.1 简支约束下的模态参数

2.2.2 固支约束下的模态参数

2.3小结

第三章 悬跨管道波流作用下应力分析

3.1不同流速时的应力范围

3.1.1悬跨长度10m流速变化时应力范围

3.1.2 悬跨长度20m流速变化时应力范围

3.1.3 悬跨长度25m流速变化时应力范围

3.1.4悬跨长度30m流速变化时应力范围

3.1.5悬跨长度35m流速变化时应力范围

3.1.6悬跨长度40m流速变化时应力范围

3.1.7悬跨长度45m流速变化时应力范围

3.1.8悬跨长度50m流速变化时应力范围

3.1.9悬跨长度55m流速变化时应力范围

3.1.10悬跨长度60m流速变化时应力范围

3.1.11 不同悬跨长度结果汇总

3.2不同波高时的应力范围

3.2.1悬跨长度20m波高变化时应力范围

3.2.2悬跨长度25m波高变化时应力范围

3.2.3悬跨长度30m波高变化时应力范围

3.2.4悬跨长度35m波高变化时应力范围

3.2.5悬跨长度40m波高变化时应力范围

3.2.6悬跨长度45m波高变化时应力范围

3.2.7悬跨长度50m波高变化时应力范围

3.2.8悬跨长度55m波高变化时应力范围

3.2.9悬跨长度60m波高变化时应力范围

3.2.10 不同波高结果汇总

3.3小结

第四章 悬跨管道疲劳寿命评估

4.1 疲劳检验准则

4.2 疲劳准则

4.3 疲劳寿命计算方法

4.4疲劳寿命评估

4.4.1 悬跨长度的影响

4.4.2流速的影响

4.4.3 波浪的影响

4.4.4 流速与管线夹角的影响

4.5 小结

第五章 现场测试及数据分析

5.1波高较小时，海流流速对管道振动的影响

5.2海流流速较小时，分析波浪对管道振动的影响

5.3综合浪流环境参数，分析浪流对管道振动的影响

5.4采用数值积分分析管道振动位移强度

第六章 结论与建议

6.1主要结论

6.2建议

参考文献

致谢