张力腿平台的顶张式立管碰撞数值模拟研究

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作者杨尊儒
来源浙江海洋大学
出版年2016
摘要
目前,全球油气行业正在加速向海洋进军,海洋油气资源已成为当今乃至未来各方争夺的焦点,采油平台及立管得到了迅速的发展。从已投入生产的平台来看,张力腿平台的安全性较高,张力腿平台多数为干树采油树平台,生产立管以顶张式立管为主。海洋立管连接海洋浮式平台及水下生产系统,与浅水立管相比,深水立管处于更复杂的环境中,已经成为整个深水油气开发装备的关键部位,也是整个系统中较为薄弱易损的部件之一。在浮体运动、环境载荷和内流共同作用下,紧密排列的相邻立管具有不同的运动响应,易引发立管之间的碰撞,产生较大的碰撞应力,影响立管的安全运行。本文详细阐述了国内外立管碰撞问题的研究进展,分析了立管在作业期间受到的环境载荷、功能载荷以及上部浮体的偏移等,其中遮蔽效应、波激振动、涡激振动是导致立管发生碰撞的主要诱因。运用OrcaFlex模拟了百年一遇海况下立管的整体碰撞,将立管分为多段并分别求对应的拖曳力系数,考虑了立管间距、上部浮体运动、尾流场模型、拖曳力系数等敏感性参数,得到了碰撞位置、速度、次数等信息。以整体碰撞分析为基础,提取碰撞瞬间的弯矩和速度,采用ABAQUS模拟了立管局部碰撞,从考虑水耦合和不考虑水耦合两方面对比分析了碰撞速度、内压、摩擦系数、角度对碰撞结果的影响。应采取适当措施,如合理安排立管间距,在易发生碰撞区域增加安全措施,避免立管之间的接触或碰撞。

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