弯曲柔性立管举升气液两相流时的流固耦合效应研究     

高岳  朱红钧  王珂楠  颜知音  胡洁 《海洋工程》2022,40(1):39-49

海洋油气混输时,气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂.针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题,在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试,利用高速摄像非介入测试技术同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的流型演变过程,对比了不同流型气液两相流诱导的立管振动响应特性,通过对比固定和振动立管内的气液两相流动特性,辨析了振动对管内两相流动的影响.结果表明:柔性立管中出现了泡状流、泡状—段塞流、段塞流、段塞—搅拌流和搅拌流五种流型,不同流型的气液两相流诱导立管振动的机理不同,在段塞—搅拌流作用时立管的振动响应最剧烈.与固定立管相比,强烈的振动不同程度地改变了气液两相流的流动特性,振动立管中部分两相流流型转变的临界条件有明显地调整,相对而言,振动对搅拌流和泡状流的影响较小.  相似文献   

深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析     

罗坤洪  黄维平  常爽  柳振海 《海洋工程》2019,37(1):108-116

通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩擦的最大扶正器布置间距;分析相同扶正器布置间距下,不同顶张力系数对耦合动力响应的影响。结果表明:在波浪作用下,全耦合动力响应分析比等效管更能展现各层管的实际动力响应;扶正器布置间距与顶张力系数的取值不同,会影响各层立管的耦合响应与相对位移,取值不当时,立管会发生碰撞。  相似文献   

平台运动下悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性试验研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

吴天昊  付世晓  张智奇  何玥 《海洋工程》2018,36(3):18-25

悬垂立管因其经济性被广泛应用在深海油气开发中。悬垂立管在顶端平台运动作用下,会不断产生横流向以及顺流向动力响应,循环累积造成疲劳损伤。为了研究悬垂立管在平台运动作用下的疲劳损伤特性,开展了大尺度悬垂立管模型试验。采用小波分析、模态分析、雨流计数法等方法处理分析试验数据。分析平台运动下无内流作用下大尺度悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性,发现横流向弯曲应变结果较为复杂,局部呈现行波特性,主导频率具有时变性。相比之下,顺流向弯曲应变结果比较有规律性,整体呈现行波特性,主导频率不具有时变性,并始终保持与顶端平台运动频率相同。平台运动引发的悬垂立管涡激振动疲劳损伤和KC数有关。各点面内疲劳损伤值延管长分布趋势和面内应变RMS延管长分布趋势相似。横流向(CF方向)的疲劳损伤的数量级为顺流向(IL方向)的10-2倍左右。  相似文献   

基于缓波布置构型的深水立管动力优化机理研究     

阮伟东  孙博  廖小伟 《海洋工程》2020,38(3):62-74

缓波型立管可以有效降低深水立管的顶端张力,缓解浮式结构运动对立管触地区的耦合作用,从而提高立管触地区的疲劳寿命。通过改进细长杆理论模型以及浮力段等效优化,提出基于多重波形串联布置的深水缓波型立管构型(简称多重缓波型立管),通过对比不同浮式结构垂荡激振以及海流作用下悬链线立管、缓波型立管以及多重缓波型立管的动力响应特征和运动传递路径,探究缓波布置构型对深水立管动力响应的影响规律和对立管触地区运动的解耦机理。结果表明:基于缓波布置构型的深水立管通过构建缓波构型可以大大降低立管触地区的法向运动响应,进而优化该区域的动态曲率及抗疲劳性能;相比于缓波型立管,多重缓波型立管在动态轴力及动态曲率等方面没有显著优势,但在触地区曲率幅值响应上具有一定竞争力。  相似文献   

Stress analysis of top tensioned riser under random waves and vessel motions     

Xiaomin Li  Haiyan Guo  Fanshun Meng 《中国海洋大学学报(英文版)》2010,9(3):251-256

The bending stresses of top tensioned riser(TTR)under combined excitations of currents, random waves and vessel motions are presented in this paper, and the effect of the internal flowing fluid on the riser stresses is also considered. The computation programs which are used to solve the differential equations in the time domain are compiled and the principal factors of concern including the angular movements at the upper and lower ends of the riser, lateral displacements and bending stresses are presented. Then the effects of current velocity, random wave, top tension, vessel mean offset, low frequency motion and internal flow velocity on the bending stresses of the riser are analyzed in detail.  相似文献   

深水钻井隔水管避台撤离动力与长度优化   总被引：1，自引：1，他引：0  

陈黎明  陈国明  孙友义  蒋世全  畅元江  许亮斌 《海洋工程》2012,30(2):26-31

钻井平台作业过程中遭遇强台风时,可能由于种种原因导致隔水管未被完全回收,平台只能下挂隔水管实施撤离。撤离过程中隔水管受到强烈的海流载荷作用,使平台的撤离航向与航速受到严重限制。提出隔水管避台撤离分析方法,建立软硬两种悬挂模式下撤离隔水管有限元模型,进行不同航向与航速下的隔水管悬挂撤离分析,研究隔水管悬挂撤离作业窗口,并对隔水管悬挂长度进行优化。分析表明,隔水管软悬挂撤离作业窗口较大,推荐平台采用软悬挂模式进行撤离,如不具备软悬挂实施条件,提前回收部分隔水管并将其余部分硬悬挂在平台上进行撤离也是一种可行的方案。  相似文献   

涡激致顶张力立管双频参量共振研究     

肖飞  杨和振  卢其进  张黎邦 《海洋工程》2013,31(2):28-34

研究了涡激力作用导致顶张力立管基于双频激励的参量共振机理。随着海洋油气开发走向深水,参量共振成为深海立管设计面临的挑战之一。立管系统一旦发生参量共振,将因应力过大或疲劳损伤而发生破坏,造成油气泄漏从而带来环境污染和重大经济损失。顶张力立管受涡激力作用产生横向运动,引起轴向张力波动,满足一定条件时,立管将发生参量共振。目前研究多以单频外激励探讨立管的马修不稳定性,而实际激励为多频叠加,因此双频外激励被提出并被应用于对立管参量稳定性的探讨。研究建立了顶张力立管非线性耦合的运动方程,并推导了多频激励马修方程,采用布勃诺夫-伽辽金法求解有阻尼马修方程,对比分析了单频和双频激励对顶张力立管参量稳定性的影响,探讨了双频激励马修方程设计深海顶张力立管参量稳定性的应用。研究表明:涡激致顶张力立管产生轴向应力波动,进而导致立管系统发生参量共振的现象值得设计人员关注;此外,实际工程设计中激励函数的选取,对被研究系统参量稳定性特性以及阻尼特性的预测具有决定性影响。  相似文献   

钢悬链线立管与海底相互作用弹性基础梁模拟方法研究     

孟庆飞  黄维平 《海洋工程》2013,31(4):74-78

采用弹性基础梁模型,模拟钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)与海床土的相互作用,推导了弹性基础梁模型的有限元公式,基于该模型编制了钢悬链式立管的动力分析程序,在此基础上,分析了在浮体运动及环境载荷作用下,钢悬链线立管触地点区域的动力响应特征,并与弹簧支撑模型进行了比较。研究表明,弹性基础梁模型对单元长度的敏感性较低,可采用较长的单元,从而减少计算量。  相似文献   

台风下TLP立管系统可靠性评估     

畅元江  王康  张伟国  刘秀全  刘香芝 《海洋工程》2017,35(4):1-7

针对在南海海域频发的台风自然灾害,考虑海况随机性、结构随机性以及作业参数的随机性,采用梯度投影确定取样点的响应面法,分别建立P2D、D2P和P2P(P指生产立管,D指钻井立管)三种作业模式下TLP串行立管系统的结构极限状态方程。并在建立立管可靠性分析模型的基础上,确定一种立管可靠度计算方法。算例结合南海某TLP平台给出了上述方法的具体应用。研究表明,10年一遇台风情况下,P2D、D2P和P2P三种工况中生产立管系统的失效概率均小于0.001%,钻井立管系统的可靠度分别为0.016%和0.113%。在大于200年一遇的强台风情况下,P2P工况时的上下游生产立管系统失效概率均大于0.32%和0.018%。因此建议10年一遇台风情况下,停止钻井立管作业;在大于200年一遇的强台风情况下,停止生产立管作业。研究结果可为南海TLP立管系统可靠度评估及安全作业技术支持。  相似文献   

浮式钻井平台隔水管应急解脱分析          下载免费PDF全文

孙明远  张明贺  刘双莹  黄芳飞  杨宇翔 《探矿工程》2021,48(10):82-87

在深水油气勘探开发中,作业环境复杂多变,为了躲避台风等恶劣天气对海上钻井的危害,防喷器与隔水管的应急解脱成为避免海上钻井事故的关键环节。为探究隔水管应急解脱的反冲规律,分析了隔水管应急解脱的原因及反冲过程,利用OrcaFlex方法建立了应急解脱工况下隔水管系统轴向力学分析模型,利用该计算模型,以南海某1520 m深水井为例研究了张紧力、波浪运动、钻井液密度、平台漂移等因素对隔水管反冲的影响。结果表明,解脱时顶部张紧力越大,解脱后隔水管的反冲位移和伸缩节的冲程变化也越大;随着波浪高度的升高隔水管的反冲响应有加强趋势;波浪方向对隔水管的反冲响应没有影响;管内不同钻井液密度对隔水管反冲影响明显;随着平台漂移距离的增加,隔水管的反冲响应更加剧烈。研究结果对保障反冲时隔水管的安全有一定指导意义。  相似文献