海洋立管课程概述课件
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海洋管道的立管设计
5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
利用有限元进行结构整体分析 交变载荷下涡激振动分析 疲劳分析
5.2 立管的设计与受力分析-疲劳分析
疲劳分析的目的是确保结构有足够的安全性，防止结构在计划 寿命期内疲劳损坏。 当结构的实际板厚超过参考板厚 tref 22mm时修正的S-N曲线：
log N
➢ 软管：一般由橡胶管， 压固层， 铠装层 ， 尼龙外 套组成
➢ 快速联轴节：挠性立管与浮式结构上相连的部件 ➢ 水中支撑拱架和浮筒 ➢ 立管底盘：是立管在海底的重力基座，承受立管传
来的载荷并保持在海底的稳定性。
柔性立管内部结构
柔性立管内部结构
柔性立管的铠装层
挠曲形状
自由悬链线 双悬链
挠性立管
第五章 海洋管道的立管设计
5.1 立管的型式与组成 5.2 立管的设计与受力分析 5.3 立管的安装
5.1 立管的型式与组成
立管的型式
上下平台立管型式
上下平台的立管型式
人工岛的立管型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
深水立管系统
挠性立管
挠性立管: 挠性立管系统又叫动力管系统， 有四 部组成
二、海上钢平台的立管安装
1。平台装有预装构件 （J 形安装） 两种方法： 直接牵引安装立管 铺管船辅助安装立管
5.3 立管的安装
➢直接牵引安装立管：正 向牵引和反向牵引； 用J形管安装立管可一次 成型， 不需再将立管与海 底管道连接，即使管道需 接长， 也可以在水面以上 焊接， 焊接质量易于保证。 但用J形管安装立管时， 要求J形管弯头部分弯曲 半径较大， 所以只适用于 较深水域和较小的管径
5.3 立管的安装
2。平台没有预装构件: 采用L形立管安装构件
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。
海洋隔水管基本介绍(ppt 67页)
深 度
-4
（
千 -6
米
） -8
- 10
大
深
海
陆 架大
陆
斜
坡
大洋盆地
马
利
亚
纳
海
沟
12 海洋隔水管
SPE38544
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
海洋生产设备
12 海洋隔水管
海洋平均深度： 3759m 马里亚纳海沟：11034m 中国东海最深： 2719m
1999年3月中国已在东太平洋拥 有7.5万km2矿区商业开采权。 水深：4800-5300m 平均流速：0.4-0.6m/s，最大流 速：1.7m/s 海底水温：1.5℃
12 海洋隔水管
3 深水隔水管
深水隔水管主要研究内容
3 起下钻过程中隔水管的安全分析 在隔水管出现弯曲时，起下钻或下套管过程中，内部工
具及管柱给隔水管施加影响，使隔水管变形增加，引起失效。 如果下套管及钻柱受阻，内部管柱弯曲失稳，将对隔水管及 海底井口施加侧向力，使隔水管变形过量，并挤压防喷器组， 还会造成钻柱或套管被挤毁事故。
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
导管架平台吊装
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
混凝土平台
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
自升式平台
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
自升式平台钻导管架平台井
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
张力腿平台(TLP)
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
半潜式平台
12 海洋隔水管
4 隔水管安全性综合分析 针对隔水管端部转角、弯曲应力、动态惯性力、与内部
海洋管道的施工-讲义
商业应用始于1970s 当 Santa Fe Corporation 建立了第 一艘卷筒船（reel vessel) 。
3、管道的铺设-Reel Lay
根据卷筒 铺管船的设计和 水深 ，卷管可以 用 S-lay or J-lay 方法 来 安装 .卷筒铺管船可以有垂直或者 水平 的 卷筒 。
水平的卷筒铺管船在浅水到中等水深使用托管架和S-lay铺设管 道.
3、管道的铺设 -顶管法
4、管道的试压和试运转
管道的试压包括：
在加工制作现场对组装的管段进行试压，检验焊口 的质量；
在管道铺设后，管沟回填前的全管道试压。
试验压力一般为管道最大工作压力的1.25~1.5 倍。 海底管道的试运转:按使用要求和设计标准逐项测 试， 以便制定管道工艺操作规程。
1、对防腐层的基本要求
• S-lay • J-lay • Reel lay
3、管道的铺设-S-lay
S-lay的发展经历了四个阶段： 第一代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，应用于浅水和内
陆水域 第二代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，但具有4-14个的
锚链来定位。 第三代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用锚链定位。 第四代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用动力定位。
2、保温层、加重层
保温层 • 对于双层管结构的海底管道，内外间设置保温层， 泡沫塑料是较好的隔热保温材料。 • 有喷涂和浇注两种施工方法。
加重层 • 为满足设计负浮力的配置和防止施工工程中对绝缘防 护层的损伤，常在防腐绝缘层外包加重层。 • 加重层一般是含钢筋的混凝土或水泥砂浆。 • 制作方法：人工涂抹；立模浇筑；表面喷漆；离心旋 制；预制安装。 • 海底管道加重层的质量控制，主要指混凝土的强度、 密实度、吸水率和加重层的尺寸等。
3、管道的铺设-Reel Lay
根据卷筒 铺管船的设计和 水深 ，卷管可以 用 S-lay or J-lay 方法 来 安装 .卷筒铺管船可以有垂直或者 水平 的 卷筒 。
水平的卷筒铺管船在浅水到中等水深使用托管架和S-lay铺设管 道.
3、管道的铺设 -顶管法
4、管道的试压和试运转
管道的试压包括：
在加工制作现场对组装的管段进行试压，检验焊口 的质量；
在管道铺设后，管沟回填前的全管道试压。
试验压力一般为管道最大工作压力的1.25~1.5 倍。 海底管道的试运转:按使用要求和设计标准逐项测 试， 以便制定管道工艺操作规程。
1、对防腐层的基本要求
• S-lay • J-lay • Reel lay
3、管道的铺设-S-lay
S-lay的发展经历了四个阶段： 第一代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，应用于浅水和内
陆水域 第二代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，但具有4-14个的
锚链来定位。 第三代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用锚链定位。 第四代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用动力定位。
2、保温层、加重层
保温层 • 对于双层管结构的海底管道，内外间设置保温层， 泡沫塑料是较好的隔热保温材料。 • 有喷涂和浇注两种施工方法。
加重层 • 为满足设计负浮力的配置和防止施工工程中对绝缘防 护层的损伤，常在防腐绝缘层外包加重层。 • 加重层一般是含钢筋的混凝土或水泥砂浆。 • 制作方法：人工涂抹；立模浇筑；表面喷漆；离心旋 制；预制安装。 • 海底管道加重层的质量控制，主要指混凝土的强度、 密实度、吸水率和加重层的尺寸等。
海洋立管概述PPT课件
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35
➢ 这两个立管的规范从原理上是不 仅相同,
➢ 美国石油协会的RP 2RD 是基于 许用应力方法,
➢ 而挪威船级社的OS F201 是基 于可靠性分析的荷载抗力系数法 (LRFD)。
.
36
➢ 一般说来, API 的立管规范要 比挪威船级社的立管规范相对 保守一些。
➢ 由于美国石油协会的规范出台 比较早, 因而应用的也比较广 泛。
.
13
➢ 这一点从比较海洋立管在浅水与深水中的概念上 的不同就可以看出来。
➢ 浅水的立管都是钢管固定在 平台的桩腿上的,
➢ 而深水中的立管却有着各式 各样的变化, 以适用于不同 的开发需要。
.
14
所以，深水海洋立管是深水工程技术 的核心，
还因为：
➢ 深水的挑战需要新颖的海洋立管概念；
➢ 浅水立管技术完全不适应于深水；
➢ 早期立管的主要结构是钢铁生产管 线的简单延伸，通常在导管架腿柱 上夹紧。
➢ 早期的立管设计以使用不同安全系 数的独立的管道标准为基础。
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33
➢ 深水开发需要新方案和新技术 来处理在浅水开发中遇不到的 挑战。为了解决深水立管技术 也需要一个新型的工业立管设 计标准。
➢ 第一个立管设计标准是美国石 油协会RP 2RD，然后是挪威船 级社OS F201。
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30
➢ 下图是西非的AKPO 深海油田立体图, 其平台为浮式生产储油轮的形 式。该油田全部采用了钢悬链立管(SCR)组合作为海洋立管系统。
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31
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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32
➢ 尽管立管已经存在很多年了，但它 只是在近些年来随着深水技术的发 展而产生了巨大的进步。
海洋立管课程概述
具。
安装过程
定位与锚定
根据技术要求，对立管进 行精确定位和锚定，确保
其稳定性和安全性。
连接与固定
将立管分段连接，并进 行必要的固定，确保立 管的稳定性和可靠性。
防腐处理
对立管进行防腐处理， 延长其使用寿命。
检测与调试
安装完成后，对立管进 行检测和调试，确保其
性能符合设计要求。
维护与保养
日常检查
定期对立管进行检查，发现异 常及时处理。
监督，确保项目的安全和可靠性。同时，应建立完善的事故应对机制，
及时处理和解决问题。
05 未来海洋立管发展趋势
高强度材料的应用
高强度材料如碳纤维增强塑料（CFRP）和玻璃纤维增强塑料 （GFRP）等，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，能够有效减轻 立管重量，提高其承载能力和使用寿命。
高强度材料的研发和应用将进一步推动海洋立管技术的进步 ，降低建设和维护成本，为深海油气资源的开发提供更可靠 的支撑。
海洋立管制造工艺
焊接工艺
01
焊接是制造海洋立管的关键工艺之一，要求焊接质量高、强度
高、气密性好。
热处理工艺
02
热处理工艺可以提高海洋立管的机械性能和耐腐蚀性能。
无损检测
03
无损检测是确保海洋立管质量的重要手段，可以通过超声波检
测、射线检测等方法检测立管内部和表面的缺陷。
海洋立管标准与规范
1 2
API标准
海洋立管课程概述
目录
• 海洋立管简介 • 海洋立管基础知识 • 海洋立管安装与维护 • 海洋立管案例分析 • 未来海洋立管发展趋势 • 结论与建议
01 海洋立管简介
定义与功能
定义
海洋立管是用于连接海底井口和 海面设施的管道系统，通常由钢 制材料制成，用于输送石油、天 然气等流体。
安装过程
定位与锚定
根据技术要求，对立管进 行精确定位和锚定，确保
其稳定性和安全性。
连接与固定
将立管分段连接，并进 行必要的固定，确保立 管的稳定性和可靠性。
防腐处理
对立管进行防腐处理， 延长其使用寿命。
检测与调试
安装完成后，对立管进 行检测和调试，确保其
性能符合设计要求。
维护与保养
日常检查
定期对立管进行检查，发现异 常及时处理。
监督，确保项目的安全和可靠性。同时，应建立完善的事故应对机制，
及时处理和解决问题。
05 未来海洋立管发展趋势
高强度材料的应用
高强度材料如碳纤维增强塑料（CFRP）和玻璃纤维增强塑料 （GFRP）等，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，能够有效减轻 立管重量，提高其承载能力和使用寿命。
高强度材料的研发和应用将进一步推动海洋立管技术的进步 ，降低建设和维护成本，为深海油气资源的开发提供更可靠 的支撑。
海洋立管制造工艺
焊接工艺
01
焊接是制造海洋立管的关键工艺之一，要求焊接质量高、强度
高、气密性好。
热处理工艺
02
热处理工艺可以提高海洋立管的机械性能和耐腐蚀性能。
无损检测
03
无损检测是确保海洋立管质量的重要手段，可以通过超声波检
测、射线检测等方法检测立管内部和表面的缺陷。
海洋立管标准与规范
1 2
API标准
海洋立管课程概述
目录
• 海洋立管简介 • 海洋立管基础知识 • 海洋立管安装与维护 • 海洋立管案例分析 • 未来海洋立管发展趋势 • 结论与建议
01 海洋立管简介
定义与功能
定义
海洋立管是用于连接海底井口和 海面设施的管道系统，通常由钢 制材料制成，用于输送石油、天 然气等流体。
海洋立管课程概述课件 PPT
➢ 这两个立管得规范从原理上就是 不仅相同,
➢ 美国石油协会得RP 2RD 就是基 于许用应力方法,
➢ 而挪威船级社得OS F201 就是 基于可靠性分析得荷载抗力系数 法(LRFD)。
➢ 一般说来, API 得立管规范要 比挪威船级社得立管规范相对 保守一些。
➢ 由于美国石油协会得规范出台 比较早, 因而应用得也比较广 泛。
安装设备概述
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管得工程设计 五、立管得海上安装 六、涡激振动
什么就是涡激振动(VIV)？
立管涡激振动就是导致立管疲劳破坏得 主要原因
➢ 不同雷诺数条 件下得涡放图
➢ 非洲西北部佛得角群岛附近天空出现得冯·卡门涡街。 ➢ 这种云漩涡在风穿过佛得角群岛时形成。
成本
抗侵蚀能力
重力要求
焊接性能
3、强度分析
所有依据极限状态用公式表达得相关失效公式 都应在管道与立管设计中考虑。极限状态得分 类如下: 工作极限状态(SLS) 最大极限状态(ULS) 疲劳极限状态(FLS) 意外极限状态(ALS)
➢ 工作极限状态(SLS):如果超越就会导致管道 不能正常运行得状态。
Flex 3D : MCS International (Ireland) Orcaflex : Orcina Ltd、 (UK)
SHEAR7 : MIT (USA)
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管得工程设计 五、立管得海上安装 六、涡激振动
4、1设计得目标
最常用得海上安装方法包括: J 型铺设 S 型铺设 卷筒铺设 拖曳
J 型铺设
➢ 焊接在浮式装置上进行,但由于在 一个场所进行,速度慢。
海洋立管概述
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
立管的分析可以分为静力和动力分析。 静力分析：使用ABAQUS 等软件进行的管道模型静 力分析利用大位移效应、材料非线性、边界非线性来 处理非线性问题，如连接、滑动和摩擦（管道/海床相 互作用）。
2、材料选择 立管最常用的材料是从碳钢（如美国石油协会 －5L 规格，等级X52-X70 和更高）到特种钢 （也就是合金钢，如13%铬）的钢材。下列因 素决定了材料的选择： 成本 抗侵蚀能力 重力要求 焊接性能
3、强度分析
所有依据极限状态用公式表达的相关失效公式 都应在管道和立管设计中考虑。极限状态的分 类如下： 工作极限状态（SLS） 最大极限状态（ULS） 疲劳极限状态（FLS） 意外极限状态（ALS）
深海工程中的立管系统研究
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
什么是深海？
适合于不同水深的平台形式
适合于深水的平台
FPSO
什么是立管？ 深海立管与浅水立管的区别？
作为深海油气田开发系统结构的重要组成部分， 海洋立管以其全新的形式、动态的特性、以及高 技术含量变得格外引人注目。
2、初步设计 该阶段的主要任务是进行材料选 择和确定壁厚；确定生产管线和 立管的尺寸；执行设计标准检查； 准备MTO 和授权应用。基本方案 需要在这个阶段定稿，也称作 “定义阶段”。
3、详细设计 该阶段的所有设计工作需要 足够详细以进行采购和制造。 而且，工程过程、说明书、 准备MTO、测试、勘测和 制图需要全面开展。这个阶 段也称作工程“执行阶段”。
海洋工程结构
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Bundled risers
Encompasses several different riser architectures Inspired by architecture of lower pressure drilling
risers. Comprise a core pipe with a number of satellite
7
法国IFP和Framatome企业CLIP隔水管 从20世纪80年代起,法国石油研究院(IFP)和Framatome企业就在开发CLIP隔水管, 如图3~4。开发CLIP隔水管旳主要目旳是为了提供迅速和安全连接旳隔水管接头, 来满足大直径、超深水钻井所需旳高压力压井和节流管线旳连接需要。目前,已经
production resers around it , to which it was attached by guides. The central core pipe also served as the export riser. Each satellite riser had its own tensioner
➢ Riser joint is equipped with syntactic foam buoyancy modules to reduce the weight in water.
12
Low-pressure Drilling Riser
peripheral lines:
➢ 1)kill and choke lines, used to communicate with the well and circulate fluid in the event of a gas kick for which the seafloor blowout preventer(BOP) has to be closed;
Bundled risers
Encompasses several different riser architectures Inspired by architecture of lower pressure drilling
risers. Comprise a core pipe with a number of satellite
7
法国IFP和Framatome企业CLIP隔水管 从20世纪80年代起,法国石油研究院(IFP)和Framatome企业就在开发CLIP隔水管, 如图3~4。开发CLIP隔水管旳主要目旳是为了提供迅速和安全连接旳隔水管接头, 来满足大直径、超深水钻井所需旳高压力压井和节流管线旳连接需要。目前,已经
production resers around it , to which it was attached by guides. The central core pipe also served as the export riser. Each satellite riser had its own tensioner
➢ Riser joint is equipped with syntactic foam buoyancy modules to reduce the weight in water.
12
Low-pressure Drilling Riser
peripheral lines:
➢ 1)kill and choke lines, used to communicate with the well and circulate fluid in the event of a gas kick for which the seafloor blowout preventer(BOP) has to be closed;
海底管道及立管系统
不管海洋油田开发采用何种浮式方案，都需要使用管道/生产管线和立管，它们是海洋基础 结构的关键组成部分。管道和立管是深水开发比较复杂的方面，如图 1 所示。
图 1: 深海浮式结构及立管系统
首先，本章节以实际海洋油田应用为重点描述了深海管道和立管的基本概念，特别关 注了它们在中国海域应用的潜力。深海管道和立管的更详细的讨论在三个单独的关于 工业设计标准选择、工程解决方案、海上安装的章节中论述。对不同的管道和立管概 念进行了对比并指出了它们的优缺点。给出了不同的例子来描述大致的概念。
美国石油协会 RP 2RD (1998): “Design of Risers for Floating Production Systems and Tension Leg Platforms”, First Edition
挪威船级社 OS F201 (2001): “Dynamic Risers”
下图是美国墨西哥湾的一个深海油田布置图, 该油田采用了顶部预张力立管(TTR)和 钢悬链立管(SCR)作为海洋立管。
图 9: 墨西哥湾 BN 油田开发布置图 下图是西非的一个深海油田布置图, 其平台采用了立拄式和浮式生产储油轮相结合的 形式。该油田采用了顶部预张力立管(TTR),钢悬链立管(SCR)和塔式立管的组合作为海 洋立管系统。
图 5: 顶部预张力立管
图 6: 钢悬链立管 图 7:柔性立管
图 8: 塔式立管
和浅水油气开发相比, 海洋立管作为连接水上浮式及水下生产系统的唯一关键结构, 其在深水中的应用更加具有独特的挑战性, 要求更强烈的创新。这一点从比较海洋立 管在浅水与深水中的概念上的不同就可以看出来。浅水的立管都是钢管固定在平台的 桩腿上的, 而深水中的立管却有着各式各样的变化, 以适用于不同的开发需要,
图 1: 深海浮式结构及立管系统
首先，本章节以实际海洋油田应用为重点描述了深海管道和立管的基本概念，特别关 注了它们在中国海域应用的潜力。深海管道和立管的更详细的讨论在三个单独的关于 工业设计标准选择、工程解决方案、海上安装的章节中论述。对不同的管道和立管概 念进行了对比并指出了它们的优缺点。给出了不同的例子来描述大致的概念。
美国石油协会 RP 2RD (1998): “Design of Risers for Floating Production Systems and Tension Leg Platforms”, First Edition
挪威船级社 OS F201 (2001): “Dynamic Risers”
下图是美国墨西哥湾的一个深海油田布置图, 该油田采用了顶部预张力立管(TTR)和 钢悬链立管(SCR)作为海洋立管。
图 9: 墨西哥湾 BN 油田开发布置图 下图是西非的一个深海油田布置图, 其平台采用了立拄式和浮式生产储油轮相结合的 形式。该油田采用了顶部预张力立管(TTR),钢悬链立管(SCR)和塔式立管的组合作为海 洋立管系统。
图 5: 顶部预张力立管
图 6: 钢悬链立管 图 7:柔性立管
图 8: 塔式立管
和浅水油气开发相比, 海洋立管作为连接水上浮式及水下生产系统的唯一关键结构, 其在深水中的应用更加具有独特的挑战性, 要求更强烈的创新。这一点从比较海洋立 管在浅水与深水中的概念上的不同就可以看出来。浅水的立管都是钢管固定在平台的 桩腿上的, 而深水中的立管却有着各式各样的变化, 以适用于不同的开发需要,
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FPSO
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什么是立管？ 深海立管与浅水立管的区别？
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• 作为深海油气田开发系统结构的重要组成部分， 海洋立管以其全新的形式、动态的特性、以及高 技术含量变得格外引人注目。
➢ 以往浅水立管形式根本 不能应用到深水中，这 使得立管技术更加的具 有挑战性。
目前深水立管并没有统一的分类，但根据其结构 形式及用途，可以大致主要分类如下：
• 顶部预张力立管(Top Tension Riser) • 钢悬链立管 (Steel Catenary Riser) • 柔性立管 (Flexible Riser) • 塔式立管 (Hybrid Tower Riser) • 钻井立管(Drilling Riser)
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• 美国石油协会RP 2RD (1998): “Design of Risers for Floating Production Systems and Tension Leg Platforms”, First Edition
• 挪威船级社OS F201 (2001): “Dynamic Risers”
深海工程中的立管系统研究
April，26，2011
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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2
什么是深海？
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3
适合于不同水深的平台形式
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适合于深水的平台
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• 下图是西非的一个深海油田布置图, 其平台采用了立拄式和浮式生产储 油轮相结合的形式。该油田采用了顶部预张力立管(TTR),钢悬链立管 (SCR)和塔式立管的组合作为海洋立管系统。
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30
• 下图是西非的AKPO 深海油田立体图, 其平台为浮式生产储油轮的形式。 该油田全部采用了钢悬链立管(SCR)组合作为海洋立管系统。
• 早期的立管设计以使用不同安全系数 的独立的管道标准为基础。
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33
• 深水开发需要新方案和新技术来处 理在浅水开发中遇不到的挑战。为 了解决深水立管技术也需要一个新 型的工业立管设计标准。
• 第一个立管设计标准是美国石油协 会RP 2RD，然后是挪威船级社OS F201。
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界面；
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• 深水立管概念的选取直接影响浮式结构及水下系 统的确定；
• 深水立管的动态特性使其成为深水开发中最具有 挑战性；
• 深水立管的实际工程经验及现场反馈很少； • 水深，高温，高压使深水立管工程更加艰难； • 深水立管的特性及其响应无法在实验室的环境下
模拟。
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16
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• 这两个立管的规范从原理上是不 仅相同,
• 美国石油协会的RP 2RD 是基于许 用应力方法,
• 而挪威船级社的OS F201 是基于 可靠性分析的荷载抗力系数法 (LRFD)。
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36
• 一般说来, API 的立管规范要比 挪威船级社的立管规范相对保 守一些。
• 由于美国石油协会的规范出台 比较早, 因而应用的也比较广 泛。
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12
• 和浅水油气开发相比, 海洋立管作 为连接水上浮式及水下生产系统的 唯一关键结构,其在深水中的应用更 加具有独特的挑战性, 要求更强烈 的创新。
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• 这一点从比较海洋立管在浅水与深水中的概念上 的不同就可以看出来。
➢ 浅水的立管都是钢管固定在 平台的桩腿上的,
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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• 尽管立管已经存在很多年了，但它只 是在近些年来随着深水技术的发展而 产生了巨大的进步。
• 早期立管的主要结构是钢铁生产管线 的简单延伸，通常在导管架腿柱上夹 紧。
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• 塔式立管 • (Hybrid Tower Riser)
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• 钻井立管 • （Drilling Riser）
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• 下图是美国墨西哥湾的一个深海油田布置图, 该油田采用了顶部预张力 立管(TTR)和钢悬链立管(SCR)作为海洋立管。
➢ 而深水中的立管却有着各式 各样的变化, 以适用于不同 的开发需要。
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所以，深水海洋立管是深水工程技术 的核心， 还因为：
• 深水的挑战需要新颖的海洋立管概念； • 浅水立管技术完全不适应于深水； • 全新的浮式结构概念需要全新的立管系统； • 深水立管是整个深水油气田开发的最主要的
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• 对于立管系统，静力分析 确定了整体结构如顶端悬
挂角度、总悬挂长度、着 陆点（TDP）。这些可以通 过使用ABAQUS 或前面所 述的专用立管软件来完成。
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• 对于立管系统，由于浮式装置的运动、动力环境条件 （风、浪、流）动力影响始终存在。
• 动力分析：动力分析通常研究管道或立管系统的非线 性动力响应。
• 另外一个原因就是墨西哥湾是 深海开发的先锋, API 的规范也 就自然采用的比较广泛。
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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• 立管的分析可以分为静力和动力分析。
• 静力分析：使用ABAQUS 等软件进行的管道模型静力 分析利用大位移效应、材料非线性、边界非线性来处 理非线性问题，如连接、滑动和摩擦张力立管 • (Top Tension Riser)
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TTR立管适用的平台
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• 钢悬链立管 • (Steel Catenary
Riser)
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• 柔性立管 • (Flexible Riser)