埕岛油田海底管线平管段安全防护技术研究

摘要

海底管道在海洋油气田开发中的作用不言而喻,然而由于海洋环境的复杂性,海底管道的运行存在着高风险。而海底管道悬空现象的存在容易使悬空段在海流及波浪作用下发生涡激振动,最终可能导致海底管道的疲劳破坏。因此研究海底悬空管道在波浪及海流作用下的动力响应规律及管道悬空的预防、治理措施对保障海上油气持续顺利生产尤为重要。
　　 本文针对埕岛海域环境条件下的海底水平悬空管道做了以下两个方面的研究工作。首先,对海底悬空管道动力响应进行理论分析及数值模拟,主要研究悬空长度及海底底质对管跨动力响应的影响规律。结果表明影响管道安全的最主要因素是管跨的悬空长度,管跨自振频率随其悬空长度的增加呈指数形式大幅减小,最大应力随管跨悬空长度的增加呈指数形式大幅增加,且管跨危险点增多(管跨两端和管跨中间同时成为危险点),实际工程中应该着重控制管道悬空长度;海底底质对管跨的自振频率及管跨应力分布也有一定的影响,土壤越硬,管跨越趋于安全,但危险点集中在管端管土耦合处,应加强该处管段的安全防护;双跨管道较单跨管道更容易发生涡激共振,跨间管土耦合长度对管跨应力响应具有较大影响,分析得到最合理跨间管土耦合长度的变化规律。其次,对海底悬空管道的防治措施中混凝土联锁排技术进行理论分析及CFD数值模拟。探究混凝土联锁排在海流作用下的防冲刷机理及关键参数的确定。结果可见排首混凝土块迎水面水流动态压力较大,容易发生掀起失稳;最大剪切应力位于混凝土联锁块之间的纵向间隙中的联接绳处,实际工程中应适当增加该处联接绳的强度;混凝土联锁块之间由于局部涡旋会导致的底面泥沙冲刷,混凝土联锁排底部加装排布可以满足联锁排的反滤及强度要求。