海底管道及立管系统
海洋立管涡激振动的研究现状_热点与展望
第27卷 第4期2009年12月 海 洋 学 研 究 JOURNAL OF MARINE SCIENCES Vol.27 No.4 Dec .,2009 文章编号:10012909X (2009)0420095207 收稿日期:2008210218 作者简介:黄旭东(1969-),男,天津市人,副教授,主要从事工程测量及海岸结构物设计理论研究。 海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望 黄旭东1,张 海1,2,王雪松1 (1.天津城市建设学院土木工程系,天津 300384;2.天津大学建筑工程学院,天津 300072) 摘 要:随着深海油气资源的开采,越来越多的研究者开始关注海洋立管的涡激振动问题。在海洋环境下,洋流是海洋立管的涡激振动的主要原因。当洋流流经立管时会在立管的两侧产生交替的泄涡,导致立管受到横流向和顺流向的脉动流体力。这被认为是海洋立管涡激振动的主要诱因。海洋立管的涡激振动是一个异常复杂的工程问题,它涉及许多科学上悬而未决的难题,如紊流、流动分离、分离点的漂移等等。此外,事先无法确定的立管的位置和立管与洋流之间的相互作用又大大增加了解决这一问题的难度。尽管近几十年里科学界在此方面做了大量的研究工作,一个能够准确、高效、经济地预报海洋立管涡激振动的方法仍然没有得到。即便如此,最近的研究工作依然在许多方面作出了突出的成就。首先介绍了涡激振动的背景知识和基础理论。随后,回顾了近年来海洋立管涡激振动方面的研究成果。接着,重点介绍了当前海洋立管涡激振动领域内的两个热点研究问题,即:在多大程度上立管的顺流向振动能够影响立管的横流向振动,以及尾流的三维效应是如何影响立管的涡激振动响应的。最近的研究发现,当结构与流体的质量比小于6时,顺流向振动能显著增大横流向振动的振幅。最近的研究还发现,立管尾流的三维特性和立管受到流体力的轴向相关度有密切关系。随着流动的发展(海流折合速度从0增加到12),立管尾流的三维特性发生变化,在初期,立管尾流的三维特性不明显,流体力的轴向相关度基本等于1,也就是说,流体力和立管的位移响应是同步的,因此能量不断地由海流向立管转移,导致立管的振幅不断增大。当海流折合速度大于6时,流体力的轴向相关度由1锐减到负值,此时,立管尾流的三维效应显著。最后针对今后海洋立管的涡激振动的研究提出一些建议。 关键词:涡激振动;海洋立管;综述 中图分类号:TE53 文献标识码:A 0 引言 在陆地石油资源开采日渐萎缩的今天,加速开发海洋石油资源已经成为世界各国的共识。据不完全统计,世界海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,全球海洋石油蕴藏量约为1000多亿t ,其中已 探明的储量约为380亿t 。在我国300多万km 2的蓝色国土中,约有360亿t 石油资源量。其中,我国南海是世界4大海洋油气资源带之一,其石油储量约为230～300亿t ,号称全球“第二个波斯湾”。 海洋立管是深海石油生产系统的关键组成部分, 它是联系水面平台装置和海底设备的重要通道。因此,准确计算出海洋立管在实际海洋环境中受到的载荷,及其在荷载作用下的动力响应,具有重要的经济价值和社会效益。在海洋环境中,激发立管振动响应的主要因素是海流引起的涡激振动(Vortex 2induced Vibration ,V IV )。当海流流经立管时,会在立管两侧的尾流区发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联,立管受到横流向及顺流向的脉动水压力作用后将引发振动。在海流引发交替泄涡导致立管振动的同
海洋立管的局部冲刷实验
第31卷第6期2009年12月沈阳工业大学学报Journal of Shenyang University of Technology Vo l.31No.6Dec.2009 收稿日期：2008－12－18. 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50409015）.作者简介：陈 兵（1970－），男，辽宁大连人，副教授，主要从事港口工程结构等方面的研究. 文章编号：1000－1646（2009）06－0712－09 海洋立管的局部冲刷实验 陈 兵，邵 学，韩丽华，姜 萌 （大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024） 摘要：海洋平台立管底部的局部冲刷容易造成海底管道的暴露悬空，在波浪和水流作用下产生 疲劳破坏， 以往的研究多偏重于海底管道水平段局部冲刷，而对立管底部开始的局部冲刷研究较少.针对这些问题，通过实验室物理模型实验，利用波流水槽对波-流共存以及纯波浪条件下海洋平台立管-桩系统基础周围的局部冲刷进行了研究.通过实验观测立管系统周围海底地形的冲淤变化过程，得到冲刷稳定后的地形形态、各冲深监测点的冲深历时曲线及最大冲刷深度.通过对实测数据的分析，探讨了水深、波高、恒定来流流速、立管-桩系统倾斜角度以及床面泥沙粒径等参数对冲刷形态和最大冲刷深度的影响.关 键 词：海洋平台立管；立管-桩系统；波流共存场；物理模型实验；局部冲刷；最大冲刷深 度；冲淤形态；冲深历时曲线 中图分类号：U 656.6 文献标志码：A Physical model test for local scour around marine riser CHEN Bing ，SHAO Xue ，HAN Li-hua ，JIANG Meng （School of Civil and Hydraulic Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116024，China ） Abstract ：The local scour at the bottom of marine riser is easy to result in the exposure and suspension of sea-bed pipeline ，and thus the fatigue damage of the pipeline occurs due to the action of wave and flow.The pre-vious researches concerning the local scour problem of seabed pipeline mainly focus on the scour around a hor-izontal span rather than that at riser bottom.Thus ，the physical model tests utilizing wave-flow flume were con-ducted to investigate the local scour around a riser-pile system in both coexistng wave-flow and pure wave con-ditions.The change process in the sea bottom terrain around the riser system was observed.The scoured ter-rain of the sea bottom as well as the scour depth-time curve and maximum scour depth at different inspection points were recorded.Based on the meassured data ，the influnce of such parameters as water depth ，wave height ，flow velocity ，incline angle of riser-pile system and particle size of sediment on the scour pattern and maximum scour depth were discussed. Key words ：marine riser ；riser-pile system ；coexsiting wave-flow field ；physical model test ；local scour ； maximum scour depth ；scour pattern ；scour depth-time curve 国民经济的迅速发展及各行各业对能源需求 与日俱增，使海洋石油天然气的开发显得十分迫切.在海洋油气田的开采、 油气的储存、运输过程中常需要利用海底输油（气）管道和海洋平台立管.虽然随着海洋工程不断发展，海底输油（气）管道及海洋平台立管的局部冲刷问题逐渐地被关 注与重视，但是对波流共同作用下海洋平台立管 周围的局部冲刷研究却较少. 海洋平台立管是海洋结构系统中薄弱易损的构件，作为海上平台油气设施与海底管道的联系通道，其下端一般直触海床，上端则连于平台或者钻探船舶的油气设施.在波浪和水流作用下的立
海底管道及海缆敷设技术
海底管道及海缆敷设技术 摘要：目前，我国海洋石油、天然气开发中铺设的海底管道大多数是采用铺管船法铺设的，铺设的管道主要有两种类型：一种是平台之间的海底管道，它是通过管道将井口平台的油与气输送到集输平台或浮式生产系统；另一种是由海底管道将平台或单点手系泊装置的油与气直接输送至炼油厂或气体处理厂。 关键词：海底管道生产系统石油天然气 Abstract: at present, the laying of submarine pipelines in China offshore oil, natural gas development in the most is laid by the use of pipelay vessels, the laying of the pipeline has two main types: one is the submarine pipeline between platforms, it is through the pipeline wellhead platform of oil and gas is delivered to the gathering platform or floating production system; another is composed of submarine pipeline will be transported directly to refineries and gas processing platform or a single point mooring device hand oil and gas plant. Keywords: production of oil and natural gas pipeline system. 铺管船法铺设的海底管道较其它方法具有抗风浪能力强、适应性广泛、机动灵活和作业效率高等优点。它以铺管船作为中心，和其他辅助船如：抛锚船、运管驳船、潜水作业船、供应船、调查船等组成施工船队。铺管船上装备各种铺管专用设备，例如：张紧器、管道收放绞车、管段传送装置，对中装置、支撑滚轮、舷吊、托管架和定位装置等，在船甲板上设一有一条铺管流水作业线，在作业线上完成管段对中、焊接、无损检测、阳极安装、节点防腐涂层和节点浇注马蹄脂等工序，每接好一根管段，利用锚绞车向前移船（对于动力定位的铺管船，向前航行一个管段长度）下放管道。 海上铺管作业可以分为三个阶段：铺管开始作业、正常铺管作业和弃管、收管作业。 从海上开始铺管通常有两种作业的方法：一是在指定位置铺设一个固定锚，用一根连接钢丝绳，两端分别与埋设地锚和管子拖拉头相连接。铺管船靠近平台，当连接钢缆张紧后，通过向前移船来下放管道；另一种是将一个导向滑轮拴在导管架底部导管上，铺管船的收放绞车的钢缆穿过海底导向滑轮后，跟管子拖拉头相连。铺管船离平台较远，当收放绞车的钢缆张紧后，并要求设定张力，铺管船原位固定不动，通过绞车收缆来下放管道。当管子拖拉到达预定位置时，用一根连接钢缆取代收放绞车钢缆后，收回绞车的钢缆，开始进入正常铺管作业。 根据渤海平台的特点，我们采用一根一根连接钢丝绳一端拴在距离海底一
海底管道完整性管理解决方案研究
海底管道完整性管理解决方案研究 海底管道完整性管理研究，是国际上近年来提出的新的研究领域。其以管道的全寿命周期安全为目标，综合考虑管道生命周期内的复杂多变因素，采用不同方法和手段研究管道的安全，并且保证所付出的代价为最小。本文以某海底管道为例，研究完整性管理的理论和方法，并将研究结果用于某海底管道的风险识别、管理及控制。研究工作具有较重要的理论与工程意义。 某海底管道南侧起始于宁波市大榭岛，向北穿越杭州湾后到达平湖白沙湾输油站，不仅是我国建成的首条穿越长江的管道，而且是我国在强潮流区海湾铺设的直径最大、距离最长的海底原油运输管道。海底管道所处环境属强潮流区海湾，风大、潮急、潮差大，海洋环境恶劣。本文通过对于某海底管道运行现状的设备监测、技术资料搜集以及大量资料信息的分析，从管道运营商对海底管道安全运行管理急需的需求出发，提出了海底管道完整性管理以下四方面技术工作内容1、海底管道完整性管理信息基础平台；2、管道外隐患风险分析模块；3、管道内隐患风险分析模块；4、外部应用模块。本文创新的研究成果体现在：1、通过实施海底管道完整性提高和加强安全生产管理水平。 2、海底管道完整性管理考虑整个海底管道系统的可靠性，可以对缺陷的关键部位的风险进行识别与评价，明确缺陷风险的来源、等级和失效机理，确定有效的检验方法和频率，采取相应管理应对策略，保证其在服役期间处于一个良好的运行状态。 3、海底管道完整性管理可以优化海底管道设计、建造，并为维护管理提供有效支持。 4、海底管道完整性管理可以实现某海底管道全过程全生命周期的管理。 5、某海底管道完整性管理系统工具的开发为国内外首个真正意义上的海底管道完整性管理工具，创新性地将可靠性、可用性、可维护性理念运用到管道的生产操作运行决策方面。 通过实施海底管道完整性管理可以将海底管道设计、施工、生产检测、维修、维护资料收集录入到系统中，建立综合数据库，集中进行管理；为海底管道管理、检测、维护、维修等业务提供准确、系统的相关历史资料，便于生产管理；能够快速为应急抢修提供相关资料，辅助应急抢险问题分析、方案制定和方案实施；为油田扩建、改造提供信息和检测、定位服务。并且使海底管道生命周期内风险最小，运行维修费用有效降低。
课程设计实例-海底管道立管.
前言 经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，寻求廉价而供应充足的能源已经成为各国经济发展的重大问题。科学技术的发展的现状表明：太阳能、地热能利用和开发还处于初级阶段，在能源消耗总额中占的比重也很少；核能正在发展，所占的比重正在逐渐提高，但也受到技术水平、铀矿资源的限制；在核聚变能量被工业大量实际应用以前，石油天然气等燃料仍然是社会使用的主要资源；而石油由于比较容易开采、运输和利用，就必然成为现代国民经济的重要支柱。世界上大量的政治、军事、经济的运动都是围绕石油问题进行的。勘探表明，在大陆架的39%地区含有油气构造，其储量占全世界石油的30%~40%。而美国的墨西哥湾、欧洲的北海、西亚的波斯湾、北非海域以及南中国海域、渤海海域都已成世界各国开发海洋石油资源的重要场所。目前在各大洲大陆架的不同工作水域有各种类型的近海工程结构物，主要应用于海底油气资源的勘探和开发。 海洋立管是浮式海洋平台与海底井口间的主要连接。作为海面与海底的一种连接通道，它也可用于固定式平台及勘探船。下端通过万向节与海底井口连接，其上端与平台或船舶底部的滑移节配合，这样，平台或船舶在波浪作用下发生任何可能的运动时，立管有足够的运动自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡是改变其长度。立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管。海洋立管具有多种可能的结构，如顶张力立管（TTP）、自由悬挂的钢悬链线立管（SCR），惰性S立管，陡峭型S立管，惰性波浪立管、陡峭型波浪立管等。 立管的设计应该满足实际的海洋环境载荷，小直径的立管通常被固定在隔水套管中，海洋环境在核对其影响较小。较大直径立管科直接由平台支持置于海洋环境载荷中，此时，立管将同时承受内流体流动的作用和管外海洋环境载荷作用。立管所承受的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中波浪和海流是最重要的海洋荷载。并且受水流作用的工程结构都有可能发生涡激振动。 目前海中立管的动力设计计算并不考虑内流体的流动作用，这样设计是不合理的，也是不安全的。但由于知识与数据的缺乏，本设计将不对内流体的流动作用进行设计。
海洋工程管道
第一章 1.海带管道系统包括哪些内容？ 用于输送油气的管道系统工程设施的所有组成部分，包括海洋管道、立管、水面上的栈桥管道、支撑构件、管道附件、防腐系统、加重层及稳定系统、泄漏监测系统、报警系统、应急关闭系统和与其相关的全部海底装置。 2.确定海底管道线路的原则是什么？ 1)要满足生产工艺和总体规划的要求； 2)使线路和起点至终点的距离最短最合理； 3)线路力求平直，尽量避免深沟、礁石区、活动断层、软弱滑动土层和严重冲刷或淤 积。 4)尽量避开繁忙航道、水产捕捞和船舶抛锚区。 5)长输管道与海底障碍物的水平距离不小于500m,距其它管道或电缆不小于30m，交 叉时垂直距离不小于30cm。 6)管道的登陆点极为重要，它与岸坡地质地貌、风浪袭击方位、陆地占地面积和施工 条件等因素有关。 3.海洋管道工程设计的主要内容。 1)论证并确定管道设计基础数据和线路和选择。 2)管道工艺设计计算。选择管径与附属材料，考虑压降和温降。 3)管道的稳定性设计。 4)立管设计。立管和膨胀弯管的结构形式、布置、保护结构和连接方式，立管系统的 整体与局部强度计算，安装方法与施工中的强度分析。 5)管道的施工设计。设计管道的加工、焊接、开沟、铺设、管段的连接和就位、埋置 等。 6)管道的防腐设计。 4.相关术语。 1)海底（洋）管道(submarine pipeline )：最大潮汐期间，全部或部分位于水面以下的 管道。 2)立管（riser）：连接海洋管道与平台生产设备之间的管段（包括底部的膨胀弯管）。 3)管道附件(accessories)：与管道或立管组装成一个整体系统和零部件，如弯头、法 兰、三通、阀门和固定卡等。
立管知识
1.井架上双立管（两个高度）--双立管，一个是备用（一个高度适用于顶驱钻 井，一个高度适应于转盘钻井，高的适应于顶驱，低的适应于转盘），立管接头的位置是处在顶驱水龙带接头或水龙头水龙带接口极限位置的中间位置（极限位置与井架安全空间和下降的最大距离有关系），每个立管接头处有一个立管操作台（供拆装水龙带的操作平台-），立管的位置一般布置在远离司钻室的井架侧。（属于高压泥浆系统） 水龙带长度的确定？-- 2.三缸泵配备灌注泵的必要性三缸泵特殊的结构和较高的冲次，影响了其吸入 性能及泵阀的正常工作。大量的试验和井场实践证明，用灌注泵来提高三缸泵吸入管中的压头，是改善三缸泵的吸入性能，充分发挥三缸泵效能的行之有效的办法。一台与三缸泵匹配合理、排量足够的灌注泵可通过供给三缸泵额外的吸入压力而取得下列较好的效果：1．可以消除三缸泵的敲击现象。2．在保证工作安全的前提下，大大提高了三缸吸入能力 3.陆地钻机台面和海洋平台台面管汇安装位置的不同— a，立管管汇—与顶驱和水龙头的鹅颈管位置有关系，应在同一侧，且在钻井过程水龙带不与其他结构或者设备干涉，不能影响井口操作。是高压管汇，泥浆泵泵出的泥浆通过立管管汇从钻杆内部送入井内，使得井内泥浆保持一定的压力。 b，节流压井管汇—压井管汇：当井口压力升高时，可通过压井管汇向井内泵入重钻井液以平衡井底压力，防止井涌和井喷的发生，可利用它所连接的放喷管线进行直接放喷，释放井底压力，也可以用来挤水泥固井作业及向井内注入清水和灭火剂。通过压井管汇单流阀，压井液或其他流体只能向井内注入，而不能回流以达到压井和其他作业的目的，一端与防喷器四通相连，另一端与注入泵相连。 c，固井管汇----
深水开发的新型立管系统_钢悬链线立管_SCR_黄维平
深水开发的新型立管系统 钢悬链线立管(SCR) 黄维平,李华军 (中国海洋大学海岸与海洋工程研究所,山东青岛266071) 摘 要: 1种全新的深水立管系统 钢悬链线立管(Steel Catenar y Riser,SCR )在墨西哥湾(Golf of M ex ico )、坎普斯湾(Campos Basin)、北海(N orth Sea)和西非(West Africa)得到了成功应用。它的适用水深为300~3000m,且适用现有任何浮式结构,从浅水的固定式平台到极深水的浮式生产储运系统(FP SO)。因此,它取代了传统的柔性立管和顶张力立管,成为深水油气开发的首选立管,被认为是深水立管系统的成本有效的解决方案。关键词: 钢悬链线立管;深水立管;海底管线;深水开发 中图法分类号: T E851 文献标识码: A 文章编号: 1672-5174(2006)05-775-07 近年来,深水开发中的油气勘探和开发活动大大增加,与前几年相比水深增加了1倍。海洋工业正在更深的海域中建造生产系统,更多地采用新技术并较大程度地发展现有技术。这是世界上海洋石油天然气工业发展的总趋势,如墨西哥湾、坎普斯湾、北海和西非。随着水深的不断增加,深水开发的技术装备也不断面临新的挑战,海洋平台和立管系统在这一次次的挑战中得到了发展,从张力腿平台、单柱平台(Spar )、半潜式平台发展到今天的浮式生产系统和浮式生产储运系统(FPSO)(见图1)。由于这些平台在海洋环境(风、浪、流)的作用下具有不同的运动特征,因此,对连 接海底管线和平台的立管系统也提出了不同的要求。 如浮式结构的二阶慢漂运动在极端海况时,其最大漂移量可达水深的6%~10%(张力腿平台和单柱平台),20%~30%(浮式生产系统或浮式生产储运系统)。顶张力立管已经没有能力顺应这样大的浮体漂移。而且,随着水深的增加,顶张力的补偿也变得越来越困难,更难以容纳浮体的升沉运动。柔性立管虽然可以顺应浮体的漂移和升沉运动,但大直径柔性立管许多技术问题目前还无法解决,且柔性立管的成本高,不适用于高温高压条件[1]。这迫使人们不得不寻求1种深 水立管的成本有效的解决方案。 图1 不同水深的平台结构F ig.1 Platforms for different water depth 钢悬链线立管被认为是深水立管的成本有效的解决方案,它出现于20世纪90年代中期,经过十几年的 发展,现在已经被成功应用于张力腿平台、单柱平台、半潜式平台、浮式生产系统和浮式生产储运系统,水深 基金项目:教育部博士点基金项目(20050423002)资助 收稿日期:2006-04-06;修订日期:2006-06-02 作者简介:黄维平(1954-),男,教授。E -mai l:w phuang@https://www.360docs.net/doc/b75009809.html, 第36卷 第5期 2006年9月 中国海洋大学学报 PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSITY OF CHINA 36(5):775~780Sept.,2006
海底管道检测技术综述
海底管道检测技术综述 1海底管道的管内测技术 海底管道内检测通常采用在线（Online）检测技术，已被开发应用的 各种管内检测仪器设备（检测清管器和智能检测清管器）能够在生产 不停止的情况下对其进行内检测，通过这些内检测设备可以及时发现 管道的各种缺陷隐患及其所在的位置信息。（1）变形检测清管器变形 检测清管器顾名思义是用来对管道几何、断面的变形情况以及可能的 屈曲或弯折进行检测的设备。国外的智能检测清管器兼有变形检测的 功能，可用来检测海底管道在几何上的变形以及金属腐蚀，一般适用 于12寸以上口径的管道。（2）管壁腐蚀检测清管器管道中输送的介 质会对管壁造成腐蚀，管壁腐蚀检测清管器是对管道内壁的腐蚀进行 检测的设备。管道更换或维修的大部分原因是因为钢质管道管壁受到 腐蚀或者形成裂纹等缺陷所造成，接近50%的管道都是因此而需要维护和更换。因此，目前大多数厂家都致力于研制管壁腐蚀（金属损失） 检测器。 2海底管道检测的管外检测技术 海底管道因为所处环境与陆地不同，对其进行的管外检测手段与陆地 不同，相比就显得更加重要。由于光波或者电磁波在水中会受到强烈 干扰，影响作用距离短，而声波不会受此影响，所以对海底管道系统 的水下部分进行管外检测，常规的方法有各类水下声学遥感设备、浅 水区的潜水员操作以及水下机器人检测。用于海底管道管外检测的技 术有：（1）侧扫声纳技术侧扫声纳就是以声波为手段，通过发送和接 收特定频率的声波后经过处理分析得出海底地貌特征，从而确定海底 管道是否裸露、悬跨等。针对管道所处海底地形，侧扫声纳能够探测 管道不同状态，如海底比较平整，则能得知海底管道的悬跨、掩埋程度。若管道位于管道沟中，可以判断管道与沟底的接触状况、悬跨程，但具体的埋深和悬跨的高度由于条件限制无法得知，必须借助其他辅 助设备和手段。（2）多波束测深技术多波束测深技术工同样是利用声