發(fā)布時間：2018-10-25 15:15

【摘要】：海底管道是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分,在海洋油氣資源的開發(fā)中發(fā)揮著重大作用,被喻為海上油氣田的“生命線”。海底管道的安全高效運行是油氣田正常生產(chǎn)的重要保證。為保證海底管道的安全運行,最大程度地避免海底管道失效事故的發(fā)生,海底管道服役期運行結構安全成為各大國際石油公司關注的焦點。隨著油氣田開發(fā)水深的不斷增加,深水海底管道面臨諸多新的挑戰(zhàn),本文推導了深水管道沉降量計算公式,采用鋪管時管道沉降的計算方法,研究了管道沉降理論計算方法與數(shù)值模擬方法的關系,并在此基礎上給出了管-土相互作用摩阻力曲線。推導了豎向和水平向熱屈曲的解析解,采用海底管道豎向和水平向熱屈曲的有限元方法,研究了解析解法和數(shù)值模擬法的區(qū)別與聯(lián)系。闡述了豎向和水平向熱屈曲的防護措施,分析了壓塊保護法和枕木法控制管道豎向和水平向熱屈曲的機理,并結合工程實例,驗證了兩種防護方法的實施效果。提出基于ARVM模型的滑坡分析方法,設計了混凝土聯(lián)鎖排以防護海底沖刷,并結合工程實例進行了分析。本文闡述了海底管道常用的檢測與維修方法及適用范圍,并結合具體工程實例給出了海底管道檢測與維修的過程與步驟。通過研究得到以下結論:(1)管道直徑和管重對沉降量的影響較大,管道沉降與管徑成反比,與管重成正比;土體不排水抗剪強度對管道沉降的影響也不可忽視,隨著土體強度的增加,管道沉降量呈指數(shù)衰減。當土體強度達到2.0kPa時,管道沉降量趨于一致。該結果與幾內亞灣和安哥拉海域實際工程經(jīng)驗和現(xiàn)場實際觀測數(shù)據(jù)相符。(2)無論是豎向熱屈曲還是水平向熱屈曲,屈曲變形都是基于管道的幾何初始缺陷發(fā)展而來,且在管道中點處軸向應力(應變)和軸力最大;相比于有限元的模擬結果,解析解計算得到管道發(fā)生熱屈曲的屈曲溫差較大,二者最大相差20%。(3)枕木防護技術中,管道初始水平向位移越大,管道的臨界屈曲荷載越低,且隨著管道初始水平向位移的增大,管道壁厚對臨界屈曲荷載的影響逐漸減弱。相同壁厚條件下隨著雙枕木間隔的增大,管道的臨界屈曲荷載逐漸降低,降低幅度較均勻。(4)ARVM模型能實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)量化計算,在計算時模型采用的計算內核不同,所得預測結果的準確性也不同,且需先進行先導計算以確定最優(yōu)超參數(shù)值;混凝土聯(lián)鎖排排首處塊體的水流環(huán)境最為復雜,排首逆水面水流動態(tài)壓力最大,容易產(chǎn)生掀起,邊緣排體應適當增加厚度或增加流線設計,降低水流的沖擊力度。(5)結合工程實例,詳述了管道內檢及外檢的實用方法,依據(jù)管道監(jiān)測結果對管道破損類型進行劃分,建立了以破損類型為判斷指標的管道破損程度分類方法,開展了與破損程度相對應的管道維修作業(yè)方法研究。
[Abstract]:Submarine pipeline is the main component of offshore oil and gas field development and production system. It plays an important role in the development of offshore oil and gas resources and is regarded as the "lifeline" of offshore oil and gas field. The safe and efficient operation of submarine pipelines is an important guarantee for the normal production of oil and gas fields. In order to ensure the safe operation of the submarine pipeline and avoid the failure accident of the submarine pipeline to the greatest extent, the safety of the operating structure of the submarine pipeline in service has become the focus of attention of the major international oil companies. With the increasing water depth of oil and gas field development, the deepwater submarine pipeline is facing many new challenges. In this paper, the formula for calculating the settlement of deep water pipeline is derived, and the calculation method of pipeline settlement when laying pipes is adopted in this paper. The relationship between the theoretical calculation method of pipeline settlement and the numerical simulation method is studied, and the friction curve of pipe-soil interaction is given. The analytical solutions of vertical and horizontal thermal buckling are derived. The difference and relation between the analytical method and the numerical simulation method are studied by using the finite element method of vertical and horizontal thermal buckling of submarine pipelines. The protective measures of vertical and horizontal thermal buckling are expounded, the mechanism of controlling vertical and horizontal thermal buckling of pipes by block protection and sleeper method is analyzed, and the effect of the two protection methods is verified by an engineering example. A landslide analysis method based on ARVM model is put forward, and concrete interlocking row is designed to protect seabed scour. In this paper, the commonly used detection and maintenance methods and the applicable scope of submarine pipeline are expounded, and the process and steps of submarine pipeline inspection and maintenance are given in combination with concrete engineering examples. The conclusions are as follows: (1) the influence of pipe diameter and pipe weight on the settlement is great, the pipe settlement is inversely proportional to the pipe diameter, and the influence of the undrained shear strength on the pipeline settlement cannot be ignored. With the increase of soil strength, the pipe settlement decreases exponentially. When the strength of soil reaches 2.0kPa, the settlement of pipeline tends to be consistent. The results are in agreement with the practical engineering experience and field observation data in the Gulf of Guinea and Angola. (2) both vertical and horizontal thermal buckling, buckling deformation is based on the initial geometric defects of the pipeline. The axial stress (strain) and axial force are the largest at the midpoint of pipeline. Compared with the simulation results of finite element method, the temperature difference of thermal buckling of pipeline is larger than that of finite element method. (3) in the technology of sleepers protection, the maximum difference between them is 20%. The greater the initial horizontal displacement, the lower the critical buckling load, and with the increase of the initial horizontal displacement, the influence of pipe wall thickness on the critical buckling load decreases gradually. Under the condition of the same wall thickness, the critical buckling load of the pipe decreases gradually with the increase of the double sleeper spacing. (4) the ARVM model can realize the quantitative calculation of the slope stability state. The accuracy of the predicted results is also different, and it is necessary to carry out pilot calculation to determine the optimal super-parameter value. The flow environment of the block at the head of the concrete interlocking row is the most complex, and the dynamic pressure of the reverse water flow is the largest, so it is easy to be raised. The edge discharge should increase the thickness or increase the streamline design to reduce the impact of water flow. (5) combined with engineering examples, the practical methods of pipeline internal and external inspection are described in detail, and the types of pipeline damage are classified according to the results of pipeline monitoring. The classification method of pipeline damage degree based on the damage type is established, and the pipeline maintenance operation method corresponding to the damage degree is studied.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE973.92

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 金偉良,張恩勇,邵劍文,劉德華;分布式光纖傳感技術在海底管道健康監(jiān)測中的應用[J];中國海上油氣.工程;2003年04期

2 肖文功;淺海輸氣海底管道施工技術[J];石油商技;2003年04期

3 張劍波,袁超紅;海底管道檢測與維修技術[J];石油礦場機械;2005年05期

4 潘學光;海底管道懸空成因及防治[J];中國船檢;2005年10期

5 桑運水;韓清國;;海底管道近岸淺水鋪設的岸拖與海拖[J];石油工程建設;2006年02期

6 曾威;;一種新型的海底管道自埋施工技術[J];油氣儲運;2007年05期

7 王保東;;潿洲海底管道工程項目風險分析[J];安全、健康和環(huán)境;2008年12期

8 王立軍;余志峰;王鵬;;海底管道施工方法研究[J];管道技術與設備;2010年03期

9 王瑋;KOSOR Rezazadeh;白勇;;多跨海底管道的疲勞分析[J];哈爾濱工程大學學報;2011年05期

10 孫奇?zhèn)?;海底管道出現(xiàn)失效現(xiàn)象的原因分析及其對策[J];中國石油和化工標準與質量;2012年07期

相關會議論文 前10條

1 趙建平;王學超;;杭州灣海底管道臨界管跨分析模型研究[A];壓力容器先進技術——第七屆全國壓力容器學術會議論文集[C];2009年

2 王雷;;計算機技術在海底管道施工中的應用[A];2005年度海洋工程學術會議論文集[C];2005年

3 高峰;李娟;;海底管道水下濕式維修法在工程中的應用[A];2012年中國造船工程學會學術論文集[C];2012年

4 李毅;王聚鋒;高書鵬;;海底管道內檢測技術在渤海灣的應用[A];油氣管道腐蝕檢測與防護預警[C];2012年

5 高峰;李娟;;海底管道水下濕式維修法在工程中的應用[A];2012年中國造船工程學會優(yōu)秀學術論文集[C];2013年

6 郭斌;王軍;毛榮;王彬;李耕野;房長帥;;在役海底管道內檢測方法分析及應用[A];中國海洋石油總公司第三屆海洋工程技術年會論文集[C];2012年

7 李春;沙秋;秦延龍;劉振紋;;海底管道懸空風險及消減措施分析[A];2013年中國海洋工程技術年會論文集[C];2013年

8 龔順風;陳源;金偉良;李志剛;趙冬巖;何寧;;深水海底管道S型鋪設形態(tài)分析[A];第十四屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集（上冊）[C];2009年

9 曹先凡;秦延龍;聶冬;孫建偉;孫昭晨;;海底管道沖刷的數(shù)值模擬[A];第十四屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集（上冊）[C];2009年

10 高峰;潘東民;裴紅英;魏彥;;淺水區(qū)海底管道應急搶修預案建立的思考[A];2010年度海洋工程學術會議論文集[C];2010年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 汪亞萍　通訊員 徐江;大港海底管道項目亮點紛呈[N];中國石油報;2009年

2 通訊員 鄧廷輝;“863”新技術為海底管道裝上“眼睛”[N];科技日報;2010年

3 記者 趙士振　通訊員 李江輝;勝利自制機器人 首次海底查管道[N];中國石化報;2010年

4 鄧廷輝;新技術為海底管道裝上“眼睛”[N];中國技術市場報;2010年

5 記者 王國文　通訊員 黃敏東;兩灣口海底管道附近不得亂拋錨[N];石獅日報;2010年

6 通訊員 田奕豐;西二線海底管道項目有序展開[N];石油管道報;2011年

7 李倩　方新偉 劉洋;科技成就從陸地到海洋的完美跨越[N];科技日報;2011年

8 記者 劉濤;集團公司調研組到深港海底管道現(xiàn)場指導工作[N];石油管道報;2012年

9 王占春 王園;天津設計院中緬管道(緬甸段)海底管道開始鋪管[N];石油管道報;2012年

10 賈天添;新型海底管道連接器問世[N];中國船舶報;2014年

相關博士學位論文 前10條

1 劉錦昆;淺海海底管道懸空段防護技術研究及應用[D];中國石油大學(華東);2014年

2 王雷;海底管道懸空檢測及治理技術研究[D];中國石油大學(華東);2014年

3 張宗峰;海底管道在位穩(wěn)定性研究[D];天津大學;2015年

4 邵劍文;海底管道的健康監(jiān)測系統(tǒng)與評估研究[D];浙江大學;2006年

5 原文娟;基于屏障的在役海底管道量化風險評價技術研究[D];中國地質大學（北京）;2014年

6 吳鈺驊;海底管道—流體—海床相互作用機理和監(jiān)測技術研究[D];浙江大學;2007年

7 張恩勇;海底管道分布式光纖傳感技術的基礎研究[D];浙江大學;2004年

8 胡軍;海底管道完整性管理解決方案研究[D];天津大學;2012年

9 趙天奉;高溫海底管道溫度應力計算與屈曲模擬研究[D];大連理工大學;2008年

10 丁鵬;海底管線安全可靠性及風險評價技術研究[D];中國石油大學;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 蘭千鈺;波、流作用下的海底管道自埋機理研究[D];天津大學;2012年

2 高爽;海底管道維修機具的力學分析及仿真研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

3 何璇;含凹陷海底管道屈曲機理的數(shù)值模擬[D];浙江大學;2015年

4 趙曉宇;單層保溫管外腐蝕失效模式及改進方法研究[D];大連理工大學;2015年

5 韓文海;腐蝕海底管道可靠性分析[D];大連理工大學;2015年

6 劉臻;海底管道聲學探測方法中的問題分析[D];中國海洋大學;2015年

7 方娜;海底管道泄漏事故風險分析與應急對策研究[D];中國石油大學(華東);2014年

8 紀澤慧;水下直線目標處理算法在海底管道檢測機器人中的應用[D];中國海洋大學;2015年

9 王常文;深水海底管道維修系統(tǒng)工程應用研究[D];天津大學;2010年

10 謝麗婉;海底管道結構完整性數(shù)字化管理技術研究[D];中國石油大學;2011年

，

本文編號：2294067