海洋立管

摘要： 海洋油气混输时,气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂。针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题,在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试,利用高速摄像非介入测试技术同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的流型演变过程,对比了不同流型气液两相流诱导的立管振动响应特性,通过对比固定和振动立管内的气液两相流动特性,辨析了振动对管内两相流动的影响。结果表明:柔性立管中出现了泡状流、泡状—段塞流、段塞流、段塞—搅拌流和搅拌流五种流型,不同流型的气液两相流诱导立管振动的机理不同,在段塞—搅拌流作用时立管的振动响应最剧烈。与固定立管相比,强烈的振动不同程度地改变了气液两相流的流动特性,振动立管中部分两相流流型转变的临界条件有明显地调整,相对而言,振动对搅拌流和泡状流的影响较小。

摘要： 通过对海洋立管用低合金高强钢开展轧制和热处理实验,分别获得贝氏体、马氏体和回火马氏体组织。采用光学显微镜、透射电子显微镜对显微组织进行表征和分析,利用氢渗透仪对不同组织下的实验钢开展氢渗透实验,研究显微组织对氢扩散行为的影响。结果表明,较贝氏体和马氏体而言,回火马氏体组织中含有大量弥散分布的铬、铌和钛的析出相,提高了钢中的氢陷阱密度,显著延长氢穿透时间,有效降低氢有效扩散系数,提高了组织的溶氢能力,阻碍了氢在组织中的扩散进程。对于不同的显微组织,基体中均存在一定的不可逆氢陷阱,其中粒状贝氏体和马氏体中不可逆氢陷阱数量较少,而含有析出相的回火马氏体则含有大量的不可逆氢陷阱,细小弥散分布的不可逆氢陷阱使钢中的氢分布更加均匀分散,从而阻碍氢致延迟开裂的发生。

摘要： 海洋油气田开发中,海洋立管是连接海上平台与海底油气生产系统的关键构件,常年承受风、浪、洋流等外部多流场载荷作用,不可避免地产生涡激振动(vortex induced vibration, VIV),导致管道疲劳受损危害生产安全。随着开采水域不断加深,立管长径比也持续增大,VIV变得更加复杂,使得立管疲劳损伤风险加剧,海洋立管VIV成为海洋油气开发中亟待解决的工程难题。本文从半经验预测模型、VIV的多模态响应及三维特性、外部波浪作用的影响、内外流共同作用的影响、立管群的VIV特性以及VIV的抑制等方面阐述管道VIV的研究现状,最后对海洋立管尚待研究的问题进行展望。研究分析认为,大长径比下的立管多模态响应、管内多相流和外部波流耦合作用下的立管振动特性是未来研究工作的重点。

摘要： 涡激振动是造成海洋立管疲劳损伤的重要因素,抑制振动能够保障结构安全,延长使用寿命.多数涡激振动抑制方法基于干扰流场的方式,但在复杂环境条件下,仅通过干扰流场对振动的抑制效果有限.因此,从结构层面考虑开展了海洋立管涡激振动抑制研究.基于能量传递的理论,阐述了立管涡激振动过程中的能量传递规律.振动能量以行波形式由能量输入区传播至能量耗散区,主要在能量耗散区被消耗.通过局部增大能量耗散区的阻尼,增加振动能量在传播过程中的消耗,实现涡激振动抑制.为了求解立管涡激振动响应,构建了尾流振子预报模型,并根据实验结果验证了理论模型的可靠性.基于理论计算得到的能量系数,判定立管涡激振动的能量输入区和能量耗散区.通过对比立管增大阻尼前后的响应,分析了涡激振动抑制效果.研究结果表明:在能量输入区增大阻尼对涡激振动的抑制效果并不显著;在能量耗散区增大阻尼使能量衰减系数达到临界值之后,能够显著降低立管上部和底部的涡激振动位移;当能量衰减系数超过临界值后,继续增大耗散区阻尼对涡激振动抑制效果的提升不明显.

摘要： 内孤立波是一种发生在水面以下的在世界各个海域广泛存在的大幅波浪,其剧烈的波面起伏所携带的巨大能量对以海洋立管为代表的海洋结构物产生严重威胁,分析其传播演化过程的流场特征及立管在内孤立波作用下的动力响应规律对于海洋立管的设计具有重要意义.本文基于分层流体的非线性势流理论,采用高效率的多域边界单元法,建立了内孤立波流场分析计算的数值模型,可以实时获得内孤立波的流场特征.根据获得的流场信息,采用莫里森方程计算内孤立波对海洋立管作用的载荷分布.将内孤立波流场非线性势流计算模型与动力学有限元模型结合来求解内孤立波作用下海洋立管的动力响应特征,讨论了内孤立波参数、顶张力大小以及内部流体密度对立管动力响应的影响.发现随着内孤立波波幅的增大,海洋立管的流向位移和应力明显增大.由于上层流体速度明显大于下层,且在所研究问题中拖曳力远大于惯性力,因此管道顺流向的最大位移发生在上层区域.顶张力通过改变几何刚度阵的值进而对立管的响应产生明显影响.对于弱约束立管,内部流体的密度对管道的流向位移影响较小.

摘要： 为进一步探究影响错列双圆柱涡激振动特性的敏感间距及排列角度,基于重叠网格技术进行网格划分,将振动模型简化为双自由度系统,建立了二维流固耦合数值模型,使用四阶龙格库塔法求解振动方程,编译用户自定义函数(UDF)并结合Fluent动网格技术进行求解;在对所建模型进行验证的基础上,对错列双圆柱开展涡激振动响应研究,研究间距比、来流角度和约化速度对错列双圆柱涡激振动特性的影响。研究结果表明:当间距比和来流角度较小时,错列两圆柱的流动干涉作用较为强烈,两圆柱的运动轨迹较为杂乱;随着间距比和来流角度的增大,圆柱的运动轨迹逐渐变得规则,两圆柱轨迹间的差异越来越小,上游圆柱和下游圆柱的运动轨迹将慢慢趋于一致;在间距比S/D=3时,流体与圆柱之间的耦合作用非常强烈,不能在圆柱后方形成规则脱落的漩涡;在高约化速度下,与其他间距比相比,下游圆柱受到上游圆柱尾涡脱落的影响更大,在横流向产生更大的振幅;下游圆柱也对上游圆柱产生“抑制”,使上游圆柱的尾涡变得细长。所得结论可为实际海洋立管的布置提供参考。

摘要： 为抑制海洋立管的涡激振动,本文提出一种安装旋转翼的方案.采用非定常数值计算方法求解分析常规海洋立管和安装有旋转翼海洋立管的涡激振动特性.对旋转翼的相关参数进行定义;建立立管单自由度振动模型,并采用Newmark-β法数值求解振动方程;编写CFD数值计算的UDF,并结合动网格技术模拟求解立管的涡激振动过程.结果表明:随着旋转翼旋转角速度的增加,立管的振幅比逐渐减小,最后基本不变,抑制振动效果十分明显;当旋转角速度ω=3.0 rad/s时,旋转翼的控制效果最优,振幅比从0.98下降到0.008,振幅比降低99.2％;旋转翼的旋转运动会破坏海洋立管脱落的尾流漩涡,从而破坏海洋立管的周期性振动.

摘要： 运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合特性分析,包括模态分析和动力学分析.模态分析研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响;同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证.动力学分析研究了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,提出了立管减振措施.分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义.

摘要： 该文选用ANSYS软件作为求解器,建立串联立管计算模型,对水下串联立管系统内的涡激振动现象进行了仿真模拟.把顶部约束作为单一变量,管道下游受到上游尾流的影响,横流向上的振幅大于管道上游,而在顺流向上的方向由于管道上游对管道下游产生了"屏蔽"效应,因此振幅远小于管道上游;同时提高顶部张力会增加立管的升、阻力系数,还会增强立管结构的刚度以及增大立管振动的响应频率.

摘要： 海洋立管是连接海上平台和海底井口的主要传输管道,涡激振动是导致海洋立管产生疲劳损伤的重要因素。通过研究立管涡激振动的非线性耦合振动系统,应用分段同伦分析方法,给出了该非线性振动系统的近似解析解,检验了分段同伦分析方法应用于海洋立管涡激振动的有效性。

摘要： 由于受到多相流和流体杂质的影响,海洋立管的管内流体可能出现密度波动的情况,从而对立管产生参数激励的作用.依据多相流的流型,采用数学模型描述管内流体的波动密度,经验证明该模型满足流体的连续性条件.基于牛顿第二定律,推导管内流体对管道结构的作用,进而得到立管振动的控制方程;对此方程采用Galerkin方法进行离散,根据Floquet理论对立管的稳定性进行判定.研究表明:管内流体密度的波动会使立管出现参数共振不稳定区域,共振包括简单参数共振和组合参数共振;流体密度波动的幅值越大,质量比(平均流体质量/管道结构质量)越大,管内流速越大,轴向力越小,不稳定区域越大,立管更容易失稳.

摘要： 文章对普通海洋立管的涡激振动现象进行数值研究,发现当约化速度4＜Ur＜6时,立管处于"锁定"区间,发生共振现象.在Ur=5时,对带整流罩的海洋立管进行数值模拟,发现整流罩可以显著降低立管所受阻力,并能减小漩涡脱落的频率以及横向振动的幅值,从而延缓疲劳损伤的发生.本文的研究说明了整流罩可以显著的减小涡激振动的影响,在工程实践中具有很高的应用价值.

摘要： 在海洋油气资源开发中，海洋立管是连接水面平台装置和海底设备的重要通道，针对海洋立管二维双自由度涡激振动问题,以流固辐合的基本思想为基础,考虑到结构随流体作用发生振动,采用将尾流振子和结构振子耦合的方法,引入尾涡强度概念,研究去流向尾涡的特性,从而得到耦合振子模型.基于MATLAB软件,利用四阶龙格库塔法对圣保罗大学Goncalves团队2013年所做实验工况进行求解,将结果与实验数据进行对比分析,验证了耦合振子模型的正确性.

摘要： 本文介绍了海洋立管的动力响应的研究方法,对立管涡激振动的研究进展进行了详细的归纳和总结,并介绍了立管的涡激振动抑制措施.文章从理论研究和试验研究的角度提出了当前立管研究中亟待解决的问题:应进一步开展对柱体涡激振动机理的研究;开展涡激振动现象相似律的研究,实现将试验或数值模拟雷诺数水平的结果换算到工程实际雷诺数的结果;随着计算机和计算技术的发展有望实现三维大尺度立管涡激振动的数值模拟,其中多种海洋环境因素的相互作用、立管群中立管间的相互作用、立管同邻近结构与边界的相互作用、立管结构与材料物理属性的模拟以及真实边界条件的模拟等让研究者对数值模拟以给予了厚望;广泛开展立管涡激振动研究的国内外合作是十分必要的,充分利用研究、设计、营运部门的试验与计算资源和使用经验,开展典型立管系统特性的共同研究和相应结果的比对分析,建立立管涡激振动特性的试验、计算、设计规范与标准,以推动海洋开发中立管技术的发展.

摘要： 涡激振动是导致海洋立管疲劳损坏的重要因素之一,已引起国内外学者的广泛研究.本研究使用基于开源OpenFOAM平台自主开发的viv-FOAM-SJTU求解器,对不同方向阶梯来流下柔性双立管的横流向涡激振动进行了数值模拟.立管直径D=0.028m,长细比L/D=469,立管间距为4D.立管下端45％长度处于均匀流中,流速为0.6m/s,剩余部分处于静水中.来流方向分别取与双立管轴线所在平面夹角0°,30°,60°和90°,并与相同来流条件下的单立管涡激振动进行对比.数值计算结果表明,由于双立管间的相互影响,上游立管主振模态升高,下游立管主振模态降低.来流方向的改变使得立管间的尾流影响发生变化,上下游立管的振动模态也相应改变.

摘要： 光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器是目前海洋立管涡激振动试验中的主要测试仪器.对于大长径比的立管模型而言,确定传感器沿管长方向的数量和分布位置是试验设计中最为重要的工作之一.本文基于OrcaFlex、SHEAR7等软件,提出了一套适用于大长径比立管涡激振动试验的传感器设计方案,进而基于ABAQUS软件对该设计方案的可靠性进行了验证.研究表明,为保证数据处理精度,试验设计时,光纤应变传感器沿管长方向布置的数量应大于最恶劣工况下涡激振动的最高响应模态阶数.

摘要： 海洋立管是海洋平台与海底井口间的一种联系通道。立管存在多种结构形式，使之可以服务于不同的海洋平台。对海洋立管进行深入的研究具有非常重要的理论和实际意义。而对海洋立管基本形状-圆柱涡激振动的研究则具有更基本的现实意义。本文将采用数值模拟的方法对这种现象.本文利用CFD方法研究了低雷诺数条件下的二维圆柱绕流,利用ICEM划分流场网格,在CFX中设置求解条件.然后通过数值模拟得到相应的曲线,最后进行后处理,得到流场的流线图.本文首先研究了Re=300时不同时刻的流场流线图,得到了流场随时间周期性变化这一结论;接着分析了不同雷诺数条件下,升力系数幅值、阻力系数均值、斯特罗哈尔数的变化规律,发现他们的变化均是符合工程实际的.最后通过观察同一时刻不同雷诺数条件下的流场流线图来分析流场的变化.

摘要： 利用计算流体力学软件CFX分别对刚性和柔性立管的涡激振动进行了二维数值模拟.首先在雷诺数为200时,采用不同的湍流模型,计算了刚性立管的升力系数(CL)和阻力系数(CL).与其它文献结果的比较表明,大涡模拟(LES)在计算精度上要优于其它湍流模型.然后分别计算了不同约化速度下立管的升、阻力系数、漩涡脱落频率以及无因次振幅,分析了流固耦合对立管涡激振动的影响,得到了升阻力系数随雷诺数的变化规律以及"锁定(Lock-in)"现象发生的约化速度范围.

摘要： 本研究基于RANS方程及SST k-ω湍流模型,采用基于近期提出的单元速度向量转化(EVVT)方法的TVD格式进行有限体积(FVM)离散求解,对实际尺度(圆柱直径D=0.5334m),雷诺数Re=53340,不同振幅(A/D=-0.3-1.0)不同频率(fe/fs=0.7-1.45)的圆柱受迫振动问题进行了研究.圆柱在固定条件下,阻力系数Cd,斯托路哈数St与经典结果吻合良好.与模型尺度圆柱对比后发现,升阻力随无量纲频率的变化趋势一致,但实际尺度的圆柱在fe/fs=1.0附近受到更大的阻力.升力发生跳跃的位置较模型尺度有所滞后,且在跳跃点之后,实际尺度的圆柱受到的升力更小.随着圆柱受迫振动振幅的增大,可以观察到圆柱泄涡模式从"2S"到"2P"的转变,且振幅越大的圆柱受到的阻力和升力都越大.

摘要： 本研究基于RANS方程及SST k-ω湍流模型,采用基于近期提出的单元速度向量转化(EVVT)方法的TVD格式进行有限体积(FVM)离散求解,对实际尺度(圆柱直径D=0.5334m),雷诺数Re=53340,不同振幅(A/D=-0.3-1.0)不同频率(fe/fs=0.7-1.45)的圆柱受迫振动问题进行了研究.圆柱在固定条件下,阻力系数Cd,斯托路哈数St与经典结果吻合良好.与模型尺度圆柱对比后发现,升阻力随无量纲频率的变化趋势一致,但实际尺度的圆柱在fe/fs=1.0附近受到更大的阻力.升力发生跳跃的位置较模型尺度有所滞后,且在跳跃点之后,实际尺度的圆柱受到的升力更小.随着圆柱受迫振动振幅的增大,可以观察到圆柱泄涡模式从"2S"到"2P"的转变,且振幅越大的圆柱受到的阻力和升力都越大.

摘要： 海洋石油钻井立管压力平衡方法，其利用传感装置收集立管内外压力信号并传递动作到激发动作机构打开立管上的阀门机构实现海水灌注到立管内部，平衡立管内外压力以保护钻井安全。本发明公开的一种海洋石油填充式钻井安全阀，具有上法兰、中间管、蓄能装置、传感装置、筒体、运动机构、下法兰、法兰螺栓；收集立管内外压力异常信号的传感装置安装在中间管上并与蓄能装置连接，蓄能装置输送动力到运动机构，运动机构安装在筒体上可以上下运动阀门开关实现海水灌注到装置内部。该装置在立管内外压差发生异常波动时，传感装置收集信号，传递动作指令到蓄能装置激发动作机构运行，实现海水灌注到装置内部，平衡内外压力保护钻井安全。该装置结构合理，连接快捷，响应时间短、稳定性好。

摘要： 本发明涉及一种海洋非粘结柔性软管的端部接头配件，包括：内套壳和外套壳，外套壳的第一敞口端与内套壳的敞口端螺纹连接；绝缘构件，同轴设置在内套壳内，柔性软管的一端经外套壳的第二敞口端伸入其内部；内套法兰，螺纹连接在外套壳内，且内套法兰与外套壳之间形成空腔，抗压铠装层和电绝缘层终止于内套法兰的外端臂；外套法兰，套设在位于外套壳外部的柔性软管上，且外套法兰螺纹连接外套壳的第二敞口端；绝缘支撑套，套设在防扭曲层的外部并将空腔封闭，第一抗拉铠装层、耐磨层、第二抗拉铠装层和防扭曲层的末端伸入空腔并被端接在空腔中。本发明可以有效地防止接头处常发生的制造安装缺陷、疲劳断裂和电偶腐蚀的问题，适用于深海恶劣的海洋环境。

摘要： 本申请实施例提供一种海洋立风管的风险评估方法及相关装置，所述方法包括：确定海洋立风管的风险模型，所述风险模型包括有目标层、控制层和网络层；获取所述控制层中的风险类型对应的第一相对风险权重值，以及获取网络层中的风险因子对应的第二相对风险权重值；根据控制层中的风险类型对应的第一相对风险权重值，确定第一判断矩阵，以及根据网络层中的风险因子对应的第二相对风险权重值，确定第二判断矩阵；根据第一判断矩阵，确定与控制层对应的加权矩阵，以及根据第二判断矩阵确定与网络层对应的超矩阵；根据加权矩阵和超矩阵，确定风险因子的重要度序列，以得到海洋立风管的风险评估结果，能够提升对海洋立风管的风险评估时的准确性。

摘要： 本发明公开了针对模型不确定的海洋柔性立管边界振动控制方法，对柔性立管建模、得到柔性立管系统的控制方程，确定柔性立管系统的边界条件和初始条件；基于自适应模糊反演算法，建立柔性立管系统的自适应模糊反演控制律；获取柔性立管的横向振动实际偏移量；将所述实际偏移量代入所述自适应模糊反演控制律，得到实际控制输出；基于所述实际控制输出，在顶端对柔性立管进行控制。本发明用以解决现有技术中的控制方法依赖海洋柔性立管的精确数学模型所导致的控制精度较低的缺陷，实现不依赖精确模型，能够很好的补偿柔性立管系统的不确定性和外部荷载的不确定性，同时还能有效地跟踪和调节振动状况、主动抑制立管振动的目的。

摘要： 本发明公开了一种用于提高海洋立管焊接接头疲劳性能的焊接方法，海洋立管焊接接头的打底层由CMT焊接，填充层和盖面层由GMAW焊接，焊接方法包括以下步骤：基于海洋立管的材料和管径壁厚，获取用于焊接海洋立管的坡口；将待焊的两个管道母材组装后，对坡口进行清洁；根据单面焊双面成型的方法，从外部对海洋立管进行多层多道焊接，依次进行CMT打底焊接、GMAW填充焊接和盖面焊接，获取焊接完成的海洋立管；本发明提供的焊接方法，焊缝成型质量好、焊接效率高、焊缝晶粒细小、热影响区窄、焊接接头空气疲劳性能优越、焊接接头腐蚀疲劳性能优越。

摘要： 本发明公开一种耐高温的海洋立管柔性接头，能够满足摆角、高温液体输送等使用要求，且可靠性高。该柔性接头采用了两组接头组件上下对称布置的结构形式，在接头受轴向拉、压载荷时，均能够保证弹性元件处于受压状态，提高了接头的轴向承载能力，并提高了接头的使用寿命；在不增加接头外径的前提下，有效提高了接头允许的最大摆角，使接头可以在更为恶劣的海上工况下使用。

摘要： 本申请公开了一种海洋立管涡激振动抑制装置，包括海洋立管本体和安装结构，所述安装结构包括安装管体，所述安装管体设置于海洋立管本体外侧，所述安装管体侧面固接安装板，所述安装板处设置有安装螺栓组件，所述安装管体一侧固接固定环板，所述固定环板一侧滑动连接限位块，所述限位块一侧固接防护管体，所述防护管体侧面滑动连接滚珠，所述滚珠转动连接于固定环板一侧，所述防护管体外侧固接有两个对称分布的旋转翼。本申请利用安装板和安装螺栓组件可以便于涡激振动抑制装置的安装和拆卸，利用限位块可以使旋转翼绕海洋立管本体自由转动，可以自适应来流方向的改变，可以有效的抑制海洋立管本体的涡激振动。

摘要： 本发明适用于流体力学及清洁新能源发电技术领域，提供了直立压电式海洋立管流致振动能量采集与转化装置，包括能量采集单元、发电转化单元和安装架，所述能量采集单元包括用于能量采集的立管振子、扰流管柱和连接接头；所述发电转化单元包括压电悬臂梁、连接件和压电层。连接接头和套管上均设有与立管振子截面形状适配的安装孔，本发明整体简单可靠，支持对较大长细比立管结构进行能量收集，更贴近实际工程结构；考虑单根振子或多布局工况下立管群振子的流致振动能量采集与转化，能够提高能量的采集效率；同时采用垂向布局，有效降低了重力对立管振子流致振动的影响；并适用于不同截面形状立管振子，有效拓宽了能量采集与转化装置的适用范围。

摘要： 参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应模型建立及预报方法，涉及一种海洋立管振动响应模型建立方法和预报方法。为了解决目前的海洋立管振动响应特性的研究均是将海洋立管轴线上的张力看作是恒定张力导致海洋立管振动响应存在非常大的误差的问题。本发明同时考虑海洋平台的沉浮运动以及海洋来流对立管的冲击作用，建立参激‑涡激耦合振动模型，然后基于张力变化因素，给出参激与涡激联合作用下海洋立管的结构振动控制方程。随后基于4阶Runge‑Kutta方法对结构振动控制方程以及尾流振子方程构成的耦合振动方程组进行联立求解，实现参激与涡激耦合作用下海洋立管振动响应分析。本发明主要用于海洋立管振动响应分析和预报。

摘要： 本发明油气管道内检测装置技术领域中的一种海洋油气立管结构的磁记忆内检测器，该检测器通过驱动皮碗结构两端的介质压差驱动，在海洋立管内部爬行，可变径的检测机构，保证检测传感器能够覆盖整个管道内壁又具有良好通过性，完成海洋立管结构早期疲劳损伤的检测。包括驱动和检测机构，驱动结构包括前端法兰盘、前端驱动皮碗、前隔离套、前法兰、防撞头、后端驱动皮碗、后端法兰、后隔离盘；检测机构包括筒体、传感器支架组件、尾部端盖、密封端盖、电池仓组件。通过高压介质驱动皮碗，推动检测器在立管内爬行，变径传感器组件记录立管本体应力集中引起的磁记忆信号变化，对立管早期疲劳损伤进行评判，检测稳定高效，具有良好应用前景。