深水缓波型立管动力响应分析

摘要

缓波型立管凭借特殊的结构形式能有效地减小立管项部张力，减轻浮式平台的负担，并在一定程度上改善立管触地区的动力响应，缓解该区域的疲劳损伤，被认为是传统钢悬链线立管在超深水应用中的有效改型设计。本文主要以缓波型立管为研究对象进行动力响应分析，基于相关理论展开数值模拟工作。　　首先，以管土作用为研究重点，基于非线性海床土模型展开立管的动力响应分析。运用OrcaFlex建立浮体和立管的非耦合模型，开展缓波型立管的参数敏感性分析，并在同种工况下与传统简单式悬链线立管进行对比分析，结果表明缓波型立管能够有效抑制海底沟槽的发展，改善触地区的动力响应。　　其次，在非耦合分析的基础上，选择性能最佳的缓波型立管和传统钢悬链线立管与张力腿平台进行耦合动力分析，研究了环境载荷入射方向不同的情况下两种立管的动力响应差异，并提取平台位移、立管位形、弯矩分布等结果进行分析。结果表明各工况下，缓波型立管对平台运动的影响均小于传统钢悬链线立管，虽然立管的横向偏移、弯矩水平和触地点最大应力均大于传统钢悬链线立管，但顶部张力水平低，触地点弯矩及最大应力动态变化幅值和应力循环次数明显减小，触地区的动力响应和疲劳性能得到有效改善。　　本文的研究成果突显了缓波型立管这种改型设计的优越性能，并实现了与浮式平台的耦合分析，为该立管在中国海洋油气开发中的应用提供了参考和研究基础。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．1．1海洋油气资源开发的发展趋势

1．1．2油气田开发模式

1．1．3立管系统

1．1．4研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1管土作用研究现状

1．2．2 LWSCR动力响应研究现状

1．2．3疲劳分析研究现状

1．3本文研究内容

1．4本文创新点

第二章缓波型立管动力响应分析方法

2．1缓波型立管力学模型

2．1．1集中质量模型

2．1．2浮力段等效简化方法

2．2浮体-立管耦合分析方法

2．2．1浮体运动方程

2．2．2浮体运动转换方法

2．2．3立管运动方程

2．2．4耦合运动方程

2．3疲劳分析方法

2．3．1雨流计数法

2．3．2 S-N曲线

2．3．3 Miner线性累积损伤准则

2．4本章小结

第三章基于非线性海床土的缓波型立管动力响应分析

3．1非线性海床模型

3．1．1骨干曲线

3．1．2初始贯入曲线

3．1．3抬升曲线

3．1．4再贯入曲线

3．1．5立管在土体中的额外浮力

3．2浮体-立管非耦合模型

3．3动力响应结果比较

3．3．1静态情况下立管位形、张力及弯矩分布比较

3．3．2触地点弯矩及最大应力比较

3．3．3最大贯入深度、海床阻力及触地点竖向位移比较

3．4本章小结

第四章浮体-LWSCR耦合动力响应分析

4．1耦合模型参数

4．2动力响应结果分析

4．2．1立管构型对TLP位移的影响

4．2．2不同立管构型的位形比较

4．2．3立管弯矩分布结果比较

4．2．4顶部张力结果比较

4．2．5触地点弯矩比较

4．2．6触地点最大应力比较

4．2．7疲劳寿命结果比较

4．3本章小结

第五章研究结论与展望

5．1本文主要研究结论

5．2进一步工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果