波浪作用下海洋立管实验研究及ANSYS数值模拟

中国海洋大学

硕士学位论文

姓名：董文乙

申请学位级别：硕士

专业：防灾减灾工程及防护工程

指导教师：郭海燕

20070601

波浪作用下海洋一管实验｛ＩＪ｝究技ＡＮＳＹＳ数值模拟

１绪论

１．１选题的目的和意义

经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，石油作为重要的能源之一越来越重要，成为现代国民经济的重要支柱之一。勘探表明，在大陆架及其孤岛间的过渡带储藏着丰富的油气资源，目前世界上大陆架３９％地区含有油气构造，其储量占世界石油储量的３０％一４０％。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、渤海海域都已成为世界各国开发海洋石油资源的重要活动场所。鉴于目前陆上油气资源己不能满足经济发展的要求，向海洋勘探油气资源已成为必然的趋势，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，应用于海底油气资源的勘探和开发。

海洋油气开发得益于科学技术的发展和贡献，反过来海洋油气开发的需要也促进了科学技术创新的发展，因此，人们不断尝试新的方法和新技术，以适应海洋油气开发不断向更深海域发展的要求。目前深水油气开发常用的平台形式有：深水固定式平台（ＦＰ）、顺应塔式平台（ＣＴ）、ＴＬＰ平台、ＳＰＡＲ平台、ＦＰＳＯ和ＳＥＭＩ—ＦＰＳ平台等，如图１．１所示。

波浪作用下海洋讧管实验例究及ＡＮＳＹＳ数值模拟

不管海洋油阳丌发采用何种平台方案，都需要使用海洋立管，海洋立管是浮式海洋平台与海底井口问的主要连接件，可用于固定式平台及钻探船舶。其下端通过万向节与海底井口连接，上端与平台或船舶底部的滑移节配合，这样，当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时改变其长度。立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管，其结构形式有多种，如顶端张紧的立管（ＴＴＲ）、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、混合立管等，如图卜２所示。

ａ顶部张紧式立管（ＴＴＲ）

ｂ自由悬挂的钢悬链线立管ｃ惰性波浪立管

波浪作用下海洋札管实验研究厦ＡＮＳＹＳ数值模拟

ｄ陡峭硝波浪立管圈ｅ混台立管

图１－２海洋立管结构形式

其中顶端张紧的立管（ＴＴＲ），即一系列的钢管串项部通过张紧设施与浮式装置连接，底部与固定于井口上的锥形节点或应力节点等连接的立管结构型式，张紧设施提供的张力传送到立管外套管上，浮式装置运动或环境荷载产生的弯矩通过底部节点传送到立管上。钢悬链线立管（ＳＣＲ）有三种不同的形状，简单的悬链式立管起始于浮式装置靠自重自然悬垂而下，与海床上海底管道系统水平连接，与浮式装置由挠性节点悬挂连接；惰性波浪立管与简单的悬链式立管不同之处是在立管上增加浮力装置，使立管与海床接触前形成弧形；陡峭波浪立管基本类似于惰性波浪立管，也需要增设浮力装置形成弧形，所不同的是立管与海床上海底管道不是水平连接，而是通过应力节点或挠性节点垂直与海底管道系统连接。采用哪种钢悬链线立管（ＳＣＲ）更合理，取决于水深、立管直径、规格、重量、浮式装置运动和环境条件等多种因素，一般陡峭波浪型立管因其形成陡峭形状的要求，所以多用于水深更深的海域。混合立管是近海面挠性管（悬链线）和近海底钢管（直线）的组合，钢管直段有单管和集束两种，集束钢管的中心为钢管，钢管四周充满复合泡沫塑料从而提供浮力，外围生产立管泡沫塑料且可以自由运动以满足热胀冷缩要求，中心钢管与海底的应力节点连接，外围生产立管与海底设施上刚性管线连接，近水面处的外围生产立管通过挠性软管与浮式装置连接，立管集束部分一般采用陆地分段预制、入水后连接成一体、近水面浮托、海上扶正的方法安装。