国外深水钢悬链线立管研究发展现状
海底管道在位稳定国内外研究现状
研究海底管道在其复杂环境载荷下的稳定性，分析其受力变形规律，研究有效的在位稳定装置，对于管道的安全性和经济性，对于完善有关设计规范都有着重要的现实意义。
海底管道在海床上的稳定性分析方法研究可分为2个阶段：第l阶段指1 988年以前，为静态分析阶段：管道受力采用Morsion方程求解，并假定管道与海床之间的阻力系数为常数。
第2阶段指1988年以后，为动态分析和半动态分析阶段。
动态分析方法主要对波谱和与之相对应的时间序列、海底流速、管子的结构特性、水动力、土壤阻力和约束条件进行模拟；而半动态是建立在对动力分析结果归纳的基础上的分析方法。
是将动态分析中次要的因素忽略，采用准静态分析的公式形式。
对管道与基础的稳定性分析，一般采用经验和理论计算两种方法。
经验方法主要是通过模型试验，理论计算则是采用数值分析的方法，主要是有限元分析。
国外许多规范都规定，当理论工作还不成熟时，必须进行模型试验。
由于波浪作用下海底管道与海床相互作用的复杂性，国际上许多科研机构、大石油公司和管道工程公司，都相继投入了大量资金来研究海底管道在海床上的稳定性问题。
Lyons C G.利用机械加载模型试验分别研究了管道与砂土、粉土和粘士之间的相互作用。
Karel Karal提出，在自重作用下，直接安置于海底的管道会在土体中产生自沉陷。
自沉陷的深度跟管重及土体性质有着密切关系，认为土体(包括砂土和粘土)对管道的侧向阻力系数应是土性、水动力特性和管道参数的函数，但是没有给出具体的表达式。
SINTEF和NHL完成了管线稳定性大型研究课题PIPESTAB Project，对放置在海床上的试验管道施加往复水平载荷，用以模拟波浪作用在管道上的拖曳力和惯性力，同时施加一定比例的、垂直向上的荷载以模拟波浪作用在管道上的升力。
Brennodden H, Lieng J T, Sotberg T. et al.以试验为基础，提出了以能量耗散为基础的管土相互作用模型。
深水钢悬链线立管(SCR)的设计与研究进展
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｄｅ ｅ ｐ ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃａ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｙ Ｒｉ ｓ ｅ ｒ
ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｑ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ，ａ ｒ ｅ ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｅ ｄ． Ｆｕ ｒ ｔ ｈｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ， ｍ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ—
ｐ ｅ ｒ ． Ａｎｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｋ ｅ ｙ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎｃ ｉ ｎｇ ｆ ａｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎｄ ｍａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｐｓ ｏｆ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｃ ａ ｔ ｅ ｎ ａ ｒ ｙ ｒ ｉ ｓ ｅ ｒ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔｈｅ ｎ ｔ ｈｅ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ＳＣＲ ，ｉ ｎｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎｇ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ —
Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃａ ｔ ｅ ｎ ａ ｒ ｙ Ｒｉ ｓ ｅ ｒ ｓ （ Ｓ ＣＲ）ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｏ ｆ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ —
国内外不锈钢管生产技术发展趋势
近20年来，世界各国的不锈钢管生产有了很大发展，工艺技术和装备水平都有很大提高，国外不锈钢管生产发展的主要特点是采用新工艺和新设备来提高产量、扩大品种，采用自动控制和无损探伤以改善和保证产品质量?因此，近年来在新建和改扩建的不锈钢无缝管车间、焊管车间和冷轧冷拔车问里，出现了很多卓有成效的新工艺和高效率的新设备。
我国不锈钢管生产经过40多年的发展，尤其是近20年来，无论是不锈钢无缝管还是焊管的生产技术都有了长足的进步，产量、质量和品种不断增加和提高，少数产品的质量达到了国际先进水平：但是和国际先进水平相比，我国不锈钢管厂在工艺技术、装备水平、产品质量等方面尚有较大的差距，需要进行技术改造和提高，以适应我国国民经济发展的要求。
一：世界不锈钢管生产技术的发展趋势1 “三步法”炼钢和连铸工艺采用“三步法”炼钢和连铸生产不锈钢管坯工艺，为提高不锈钢管坯质量，降低成本创造了条件。
世界上一些主要不锈钢厂在“二步法”的基础上，研究和采用了“三步法” 冶炼不锈钢的新工艺。
目前日本大部分专业不锈钢厂都已采用了“三步法”生产工艺。
德国曼内斯曼德马克冶金技术公司开发了一套专门用于“三步法” 的工艺设备，它包括1台超高功率电炉、1台MRP—L转炉和1台VOD装置。
该工艺采用电炉熔化，MRP—L转炉加氧枪快速脱碳，VOD真空炉最终深脱碳。
此工艺的基本出发点是把AOD和VOD两种工艺各自的优点结合和发扬，并克服了AOD的氩气和耐火材料耗量大及处理时间长的缺点，实现低消耗、缩短时间、降低成本的目的。
当然，电炉一AOD “二步法” 冶炼不锈钢也是可行的，目前世界上60％以上的不锈钢是用“二步法”工艺生产的。
国外不锈钢管坯已基本连铸化连铸机以立式和弧型为主，也有使用水平连铸机的。
不锈钢连铸坯与传统的钢锭一轧坯相比，金属收得率提高10％～15％，管坯质量更好，并节省能源，降低生产成本。
不锈钢在连铸过程中有些合金元素极易氧化，易产生氧化物夹杂；另外，钢水的粘度大，很易造成水口堵塞。
2024年海底管线用钢市场规模分析
2024年海底管线用钢市场规模分析1. 引言海底油气开采是现代石油工业的重要领域之一。
海底管线作为海底油气开采的重要组成部分，是将海底油气输送至陆地的重要通道。
而海底管线用钢则是保证海底管线安全可靠运行的关键因素之一。
本文将对海底管线用钢市场规模进行分析。
2. 海底管线用钢的定义和分类海底管线用钢是为了适应海洋深水环境而制造的钢材。
根据不同的标准和应用要求，海底管线用钢可以分为多种不同的分类和等级。
3. 海底管线用钢市场概况3.1 市场发展历史从过去的几十年来看，海底管线用钢市场一直呈稳步增长的趋势。
3.2 市场规模根据市场研究数据显示，海底管线用钢市场规模逐年扩大。
预计在未来几年内，随着全球海底油气开采的推进，海底管线用钢市场规模将继续增长。
3.3 市场竞争格局海底管线用钢市场有着多家国内外知名钢材生产商参与竞争。
其中，一些国际钢材巨头在海底管线用钢市场上占据较大份额，本土钢材供应商也逐渐提升实力，竞争格局趋于激烈。
4. 市场驱动因素分析4.1 全球海底油气资源的开采需求4.2 技术进步与创新4.3 环境保护意识的提升5. 市场影响因素分析5.1 原材料价格波动5.2 政策和法规的影响5.3 全球经济形势6. 市场发展趋势分析6.1 海底管线用钢市场向深水区域发展6.2 新材料技术的应用6.3 智能化与自动化生产的推进7. 结论随着全球海底油气开采的不断推进，海底管线用钢市场规模将持续增长。
市场竞争将趋于激烈，而技术创新和环保意识的提升将成为市场发展的重要驱动因素。
未来，海底管线用钢市场将向深水区域发展，并且新材料技术的应用和智能化、自动化生产的推进将成为市场发展的趋势。
深水钢制悬链线立管疲劳敏感性分析研究
- 31 -第3期图1 气田总体布置及钢悬链立管布置图深水钢制悬链线立管疲劳敏感性分析研究杨伟，李旭，任翠青，苑健康，张薇（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）[摘 要] 南海某深水项目是国内首个采用钢悬链线立管的深水工程项目。
本文以该气田10寸钢悬链立管（SCR）为例，结合工程经验确定了影响疲劳的主要因素，利用Flexcom软件建立了疲劳分析模型并进行了敏感性分析。
通过对比所有敏感性分析结果可知，立管重量制造公差、系泊锚链预张紧力对立管触底区域的疲劳有明显影响。
通过本文的研究，为项目及后期类似项目的钢悬链立管分析设计提供了参考和借鉴。
[关键词] 钢悬链线立管；敏感性分析；疲劳分析作者简介：杨伟（1983—），男，河北人，硕士研究生，高级工程师，海洋石油工程股份有限公司立管结构工程师。
近年来，深海开发中的油气勘探和生产活动大大增加，与几年前相比水深增加了一倍[1]。
钢制悬链线立管（SCR ）由于其成本低、对浮体运动有较大的适应性，且适用高温高压工作环境，因此逐渐成为深水开发的首选立管形式，被誉为深水开发的成本有效解决方案[2]。
南海某深水项目是国内首个采用深水钢质悬链线立管的深水工程项目，因此从立管构型设计、关键部件选择、立管计算分析，管土作用评估、安装分析、管材确定都面临挑战。
本文从南海某深水项目实际工程出发，针对实施中遇到的影响SCR 疲劳分析的不确定因素开展敏感性分析，给出了在南海特有环境条件下的立管动力分析结果，为其他南海类似工程的SCR 分析设计提供了参考和借鉴。
1 项目概述南海某深水油气田是我国首个自营开发的深水气田。
气田水深范围1220～1560m ，其中SCR 应用水深范围1430～1470m 。
该气田开发示意图如图1所示，由一座深水半潜平台（SEMI ）、水下生产系统、SCR 和海底管道组成。
该工程共有6根SCR ，分别为一根18寸外输天然气SCR （GE ），两根12寸生产SCR （P1和P2），两根10寸生产SCR （P3和P4），以及一根6寸MEG 注入SCR （MEG1）。
2024年钢铁管市场发展现状
钢铁管市场发展现状概述钢铁管是一种广泛应用于建筑、工程、制造业等领域的常见材料。
本文将探讨目前钢铁管市场的发展现状，并分析其潜在的机遇和挑战。
市场规模钢铁管市场的规模庞大，全球范围内供需旺盛。
根据市场研究报告，2019年全球钢铁管市场产值达到X亿美元，预计到2025年将增长至X亿美元，年复合增长率约为X%。
行业应用钢铁管在各个行业中有广泛的应用，其中建筑行业是最主要的消费者。
建筑行业对钢铁管的需求稳定增长，主要用于建筑结构、排水系统和供暖系统等。
此外，钢铁管还在石油和天然气行业中广泛应用，用于输送和储存油气资源。
制造业也是钢铁管的主要应用领域，用于制造机械设备、汽车部件等。
地域分布钢铁管市场的地域分布不均衡，主要集中在发达经济体和快速发展的新兴市场。
北美、欧洲和亚洲地区是全球钢铁管市场的主要地域，其中中国、美国和印度是最大的市场。
这些地区的市场规模庞大，消费需求旺盛。
市场竞争钢铁管市场竞争激烈，存在着众多的厂商和品牌。
主要的竞争策略包括产品质量、价格竞争和品牌影响力。
大型钢铁管生产企业往往能够通过规模经济效应获得成本优势，并且具备更强的品牌影响力。
此外，技术创新也是市场竞争的关键因素，研发和推广新的钢铁管产品有助于增加竞争优势。
持续发展趋势随着全球经济的发展和工业化进程的推进，钢铁管市场具有良好的发展前景。
以下是一些可能影响钢铁管市场发展的趋势和机遇：•基础设施建设需求：各国不断推进基础设施建设，这将促使钢铁管市场的增长。
特别是一带一路倡议的推动下，亚洲地区将迎来更多的基础设施投资机会。
•环保意识提升：全球对环境保护的需求不断增长，这将推动钢铁管市场向低碳、环保的方向发展。
研发和推广环保型钢铁管产品将成为市场发展的重要方向。
•技术创新：新材料、新工艺的发展将带来更多创新型钢铁管产品。
例如，高强度钢铁管、复合材料钢铁管等将成为市场的发展趋势。
•供应链优化：优化供应链管理是提高生产效率和降低成本的关键。
深水悬链线型立管形态和属性研究
将上述方法推广到LWR和SWR的形态确定中。
1 悬链线立管分析基本理论 1.1 静态基本控制方程
悬链线立管在实际工作中承受内外压力、浮 重、波流载荷、上部浮体运动，上述载荷引起悬 链线立管复杂的受力状态，在目前现有的理论分 析中，将立管简化为受弯曲和拉伸的梁，同时考 虑立管顶部水平倾角一般大于20°，应用大变形 梁理论更为适合，即采用(θ,s)曲线坐标系代替常 规的(x,y)直角坐标系。选取立管上一个微段，有 如下受力情况。
(2.6) ，对于悬
对于小变形张紧梁模型有，在TDP区域处， 有曲率：
(3.1) 对于小变形，由材料力学有1/R=d2y/dx2
其中，S为悬链线长度，将(2.6)代入上式有：
.
(2.7)
(2.8)
(3.2) 积分上式有：
(3.3) 当kx＞3时，e-kx很小可以忽略，则有：
(3.4) 对于EI=0的悬链线模型，可以认为在上述 TD
H
TDP
x
图3 悬链线处地点处分段
(3.5)
当两种悬链线模型在TDP区域处有相同的倾 角θ时，有tanθ=dyθ/dxθ
点为原点建立类似图1.2的坐标系，则对于该立管
上任意一点满足(1.8)式，对(1.8)式求导有：
国外钢筋生产现状分析报告
国外钢筋生产现状分析报告一、国外钢筋生产现状分析报告1. 市场需求分析随着全球经济的发展，国外钢筋生产市场需求呈现增长趋势。
国外建筑、基础设施建设、汽车工业等领域对钢筋需求量日益增加。
同时，国外钢筋生产市场也面临环保限制、原材料供需关系等挑战。
2. 生产技术现状国外钢筋生产技术不断创新，特别是在高品质、高强度钢筋的生产上取得了重大突破。
采用先进的轧制工艺、控制系统和自动化生产线，提高了钢筋的质量和生产效率。
3. 行业发展趋势国外钢筋生产行业的未来发展趋势是多样化、智能化和注重环保可持续发展。
多样化钢筋产品的研发和生产将逐渐成为一个重点。
智能化生产设备和数据分析技术的应用将进一步提高生产效率和产品品质。
此外，环保方面的措施也将被加强，以减少对环境的影响。
二、国外钢筋生产现状分析报告1. 市场竞争态势国外钢筋生产市场竞争激烈，主要来自发达国家和新兴市场国家。
发达国家的企业具备先进的技术和管理经验，新兴市场国家则以低成本和大规模的生产能力获得竞争优势。
国外钢筋生产企业需要通过提升技术和降低成本来保持市场竞争力。
2. 市场占有率分析国外钢筋生产市场上，少数大型企业拥有较高的市场占有率，这些企业通过提供多样化的产品及强大的销售渠道和品牌优势在市场上占据领先地位。
小型企业则面临较大的市场压力，需要通过提高产品质量和降低成本来争夺市场份额。
3. 国内外贸易形势国外钢筋生产企业在国内外贸易方面存在着差异。
国外企业通常采取大规模出口的策略，拓展国际市场份额。
而国内企业则更多侧重于满足国内市场需求，并逐步提升产品质量和品牌形象，以应对激烈的竞争。
三、国外钢筋生产现状分析报告1. 原材料供应分析国外钢筋生产行业的原材料主要包括钢坯和废钢。
钢坯供应受制于矿石价格和供应链稳定性，废钢供应受制于回收渠道和品质。
国外钢筋生产企业需要建立稳定的原材料供应链，并通过与供应商的合作关系保持稳定的价格。
2. 环保限制与应对国外钢筋生产行业受到环保限制的影响。
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综 述国外深水钢悬链线立管研究发展现状Ξ黄维平,白兴兰,李华军(中国海洋大学海洋工程系,山东青岛266100)摘 要: 介绍国外在新型深水立管系统———钢悬链线立管关键技术方面的研究发展现状,论述浮体一、二阶运动对钢悬链线立管疲劳寿命的影响、浮体升沉运动对钢悬链线立管触地点疲劳寿命的影响;钢悬链线立管与海底相互作用机制的实验研究及结果;钢悬链线立管涡致振动与疲劳的研究现状。
并简要论述钢悬链线立管触地点问题的研究结论。
关键词: 钢悬链线立管;深水立管;海洋油气开发;深水开发中图法分类号: TU312 文献标识码: A 文章编号: 167225174(2009)022290205 随着海洋油气资源开发活动不断向深水发展,立管系统在油气开发生产成本中所占的比重越来越大,传统的立管系统在技术上和经济上已经不适应深水发展的需要。
柔性立管不仅成本高,而且不适应深水油气田高温高压的生产条件,同时大直径柔性立管的制造受到技术的限制,其发展空间微乎其微[122]。
顶张力立管不能顺应浮体较大的漂移运动,而且随着水深的增加,顶张力和浮体垂荡运动的补偿也变得越来越困难,同时气动液压张紧装置占用较大的平台空间,对于比较紧凑的平台空间来说是不经济的[324]。
为此,人们一直在寻求1种深水开发的有效解决方案。
钢悬链线立管(Steel Caternary Riser ,SCR )是国外近年来研究发展起来的一种新型深水立管系统,它不仅成本低、对浮体运动有较大的适应性,而且适用高温高压工作环境。
因此,取代了柔性立管和顶张力立管而成为深水开发的首选立管形式,被誉为深水开发的成本有效解决方案。
自1994年shell 公司在墨西哥湾的张力腿平台Auger 上安装了世界第一条钢悬链线立管以来,在墨西哥湾(G olf of Mexico )、坎普斯盆地(Campos Basin )、北海(North Sea )和西非(West Africa )等几大海上油气田,已经有数十条钢悬链线立管投入使用[5]。
由于钢悬链线立管是1个全新的深水立管概念,为了保证它的安全经济运行,美国、英国、挪威和巴西等国发起了联合工业计划(STRIDE J IP 和CARISIMA J IP 等),工业界与大学合作开展了大量的研究工作[627]。
本文介绍其中几项钢悬链线立管关键技术的研究发展现状。
1 浮体运动及其影响深水油气田的生产装备是浮式结构系统,如张力腿平台(TL P )、单柱式平台(Spar )、半潜式平台和浮式生产系统(FPSO )。
浮式结构系统在风浪流的作用下将产生较大的漂移运动,其运动幅度的大小取决于它们的锚固形式。
TL P 和Spar 平台的运动幅度较小,其最大漂移量为水深的6%～10%,垂荡运动很小[5,8]。
FPSO 的运动幅度远远大于TL P ,其最大漂移量可达水深的20%～30%[9],如此大的浮体运动对钢悬链线立管的影响是不容忽视的。
除了较大的漂移运动之外,浮体运动的动力特征是影响钢悬链线立管疲劳寿命的主要因素。
浮体对波浪的动力响应主要表现为一阶波浪响应和二阶非线性响应[5,10],它们构成了浮体水平运动(Surge ,Sway )的主要部分。
一阶波浪响应是关于平衡位置的小幅(相对于二阶非线性响应而言)振荡,其频率与波浪频率相同[1]。
它引起钢悬链线立管顶部的低应力疲劳循环,构成立管顶部高周疲劳损伤的主体[11]。
由于它与波浪引起的钢悬链线立管振动响应同频率同相位,从而增大了钢悬链线立管顶部疲劳应力循环。
因此,浮体的一阶运动影响钢悬链线立管顶部的疲劳寿命。
Spar 平台的一阶运动较小,而半潜式平台和FPSO 的一阶运动幅度较大。
与半潜式平台对简单悬链线立管(Simple Catenary Riser )顶部造成的疲劳损伤相比,FPSO 对浮力波/缓波立管(Buoyant Wave /Lazy Wave Riser )顶部造成的疲劳损伤更严重[12]。
浮体的二阶非线性响应由静态分量和动态分量组成,其准静态分量是由定常风荷载引起的,而动态分量是由波浪和频或差频成分和脉动风荷载引起的。
前者引起钢悬链线立管触地点(Touch Down Point )变化,有Ξ基金项目:博士点基金项目(20050423002);国家自然科学基金重点项目(50639030);国家自然科学基金重点项目(50739004)资助收稿日期:2007211208;修订日期:2008210211作者简介:黄维平(19542),男,教授,博导,主要从事海洋工程结构动力分析与疲劳研究。
E 2mail :w phuang @第39卷 第2期 2009年3月 中国海洋大学学报PERIODICAL OF OCEAN UNIV ERSITY OF CHINA39(2):290～294Mar.,2009效地改善了静态触地点的疲劳循环状态;而后者则增加了钢悬链线立管的低周疲劳损伤[13]。
二阶非线性响应有长周期的慢漂响应和短周期的高频(相对于浮体固有频率而言)响应,其中对钢悬链线立管影响较大的是慢漂运动,其周期为200～600s [9210]。
TL P 和Spar 平台的慢漂运动对钢悬链线立管的影响较小[5],而FPSO 的二阶非线性响应是影响钢悬链线立管疲劳寿命的关键因素[14]。
图1和2分别给出了1a 内浮式结构一阶和二阶运动引起的疲劳损伤,比较两图可知,浮体二阶运动引起的疲劳损伤远远大于一阶运动[1]。
浮体的垂荡运动引起钢悬链线立管触地点周围(Touch Down Z one )的疲劳损伤。
但是,随着水深的增加,垂荡运动引起的疲劳损伤程度逐渐降低[5]。
图1 浮体一阶运动引起的疲劳损伤Fig.1 Fatigue damage induced by first order motion ofvessels图2 浮体二阶运动引起的疲劳损伤Fig.2 Fatigue damage induced by second order m otion of vessels2 SCR 与海床相互作用与海床相互作用是钢悬链线立管的特有性质,是传统立管系统发展过程中不曾遇到的问题。
世界主要海洋油气田开发国家投入了大量人力物力从事该项研究工作,目的是掌握钢悬链线立管与海床相互作用机制,建立起钢悬链线立管与海床相互作用模型。
1999年6月MARIN TREK 、Statoil 和N GI (Norwegian G eotechnical Institute )在众多投资商的资助下,发起了“立管整体分析的立管—海床相互作用模型”工业联合开发计划(Catenary Riser/Soil Interaction Model forG lobal Riser Analysis ,CARISIMA J IP )[7],展开了为期3年半的理论与实验研究,其目标是发展钢悬链线立管与海床相互作用模型,以修改现有的立管分析程序。
该计划在英国西部的1个废弃码头做了足尺模型试验(见图3),研究钢悬链线立管与海底相互作用过程中,海底沟槽的形成机制及其对钢悬链线立管的影响。
试验结果显示,钢悬链线立管与海床相互作用将在海床上形成2～3倍管径宽、0.5～1倍管径深的沟槽,如图4所示[7]。
沟槽的最深最宽处是设计触地点处。
海底沟槽的形成对钢悬链线立管的出平面运动有较大影响,当暴风和流迫使浮体发生大幅度漂移时,流线段的拔出和出平面运动将受到沟槽的阻力作用,引起立管局部应力增大,当悬链线处于绷紧状态、立管张力较大时,沟槽的影响尤为严重[7,15217]。
图3 大比例模型试验现场Fig.3 A full scale model test on 2site图4 大比例模型试验结果Fig.4 A trench formed by interaction between SCR andseabed图5 CARISMA J IP 的土吸力模型Fig.5 Model of suction forced by CARISMA J IP1922期黄维平,等:国外深水钢悬链线立管研究发展现状在沟槽形成的过程中,管线的运动将受到海床土的阻力作用。
阻力的大小取决于海底的刚度,而海底刚度对钢悬链线立管触地点的疲劳寿命有较大的影响。
海底刚度越大,对触地点的疲劳损伤影响越严重。
深海油气田大多具有软质黏土海底(例如墨西哥湾的海底泥线处强度为2.6kPa,随深度呈线性增长,增长幅度为1.5kPa/m),其压缩刚度小,当变形达到20%管径时,刚度完全丧失,呈理想塑性的性质[11]。
不过软质黏土海底的吸力较大,吸力对疲劳损伤的影响虽小,但对极限应力的影响较大[18]。
而且海底吸力是个最不确定的因素,它与管线拔出的速度、反复作用的次数以及海底重塑的时间有关[16]。
图5[7]是CARISMA 工业开发计划实验所得的海底吸力模型,可以看出,管线的拔出速度对吸力的影响非常明显。
3 涡激振动分析涡激振动(V IV)是钢悬链线立管设计的最关键问题,特别是在深水高流速海区。
由于钢悬链线立管的特殊几何形状和深水流场的复杂性,使钢悬链线立管的涡激振动分析比顶张力立管复杂得多。
深水区的流速在不同水深处是不同的,而且,几乎所有深水油气田所在海区都具有恶劣的流场环境。
因此,钢悬链线立管的涡激振动常常发生多模态锁定现象,流场沿着立管的变化形态决定了立管的涡激振动模态,这使得深水钢悬链线立管对多模态涡激振动非常敏感。
因此,钢悬链线立管的疲劳分析应采用多模态分析方法,单模态分析方法将导致保守的疲劳寿命预测结果,而且,只有在均匀流场中,才有可能产生单模态的涡激振动,这与深水油气田的流场条件是完全不同的。
采用单模态和多模态进行涡激振动分析对钢悬链线立管的疲劳损伤计算有较大的影响,模态截断将引起较大的疲劳损伤计算误差。
表1对表2所选定的3种流场的模态截断系数和涡激振动模态数以及疲劳损伤率的关系[8]。
可以看出,对于低剪切流和高剪切流的流场,采用单模态和多模态计算钢悬链线立管的涡激振动疲劳损伤具有较大的差别,与此相比,均匀剪切流条件下的差别较小。
因此,钢悬链线立管的涡激振动疲劳分析应采用多模态分析方法。
表1 不同流场的涡激振动模态及其疲劳损伤率Table1 V IV mode and fatigue damage under different current模态截断系数Mode cut off模态数Numbers of mode/m・s-1疲劳损伤率Fatigue damage rate/m・s-1均匀剪切流Uniform2highshear curent低剪切流Low shearcurrent高剪切流High shearcurrent均匀剪切流Uniform2highshear current低剪切流Low shearcurrent高剪切流High shearcurrent0.99111 1.000 1.000 1.000 0.90122 1.0000.0400.033 0.704340.7150.0170.061 0.505570.7000.0570.031 0.305890.7000.0220.009 0.10610130.8030.0110.008表2 流场数据Table2 Current data/m・s-1水深Water depth/m匀剪切流Uniform2highshear current低剪切流Low shearcurrent高剪切流High shearcurrent0 1.000 1.000 1.000250 1.0000.8750.750500 1.0000.7500.5007000.6000.6500.3008500.3000.5750.15010000.0000.5000.000当超临界湍流的涡泄频率接近或等于钢悬链线立管的固有频率时,钢悬链线立管的涡激共振。