海洋立管课程概述

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1、深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 April，26，深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日一、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、涡激振动深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日什么是深海？深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日适合于不同水深的平台形式深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日适合于深水的平台深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4

2、月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日FPSO深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日什么是立管？ 深海立管与浅水立管的区别？深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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

3、有独特的挑战性, 要求更强烈的创新。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日所以，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 的界面；深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深水立管概念的选取直接影响浮式结构及水下

4、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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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)深海工程中的立管系统研究康庄 2011

5、年4月26日顶部预张力立管(Top Tension Riser)深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日TTR立管适用的平台深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日钢悬链立管 (Steel CatenaryRiser)深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日柔性立管 (Flexible Riser)深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日塔式立管 (Hybrid Tower Riser)深海工程中的立管系统

6、研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日钻井立管（Drilling Riser）深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。深海工程中的立管系统研究康庄 201

7、1年4月26日下图是西非的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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日一、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、涡激振动深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。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。深海工程中的立管系统研究康庄 2

8、011年4月26日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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日美国石油协会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康庄 2

9、011年4月26日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)。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日一般说来, 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。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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日一、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

10、装 六、涡激振动深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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）。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日对于立管系统，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。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日对于立管系统，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

11、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。动力分析应该在动力影响存在的情形下进行，如渔船 拖网板与管道相撞、管道热膨胀、地震对管道影响。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日立管的FEA 模型中应该特别注意下列非线性特性 ：材料非线性几何非线性边界非线性（摩擦 、滑动、管道土壤 相互作用等）深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日下面列出的是用于立管分析的已高度商业化和 知名的工业软件：Riflex : Norwegian Marine Technology Center (Marintek)Flexcom 3D : MCS International (I

12、reland)Orcaflex : Orcina Ltd. (UK)SHEAR7 : MIT (USA)深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日一、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、涡激振动深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日4.1设计的目标满足政府、规范要求，满足 功能和运行要求选择最简单、成本最低的类 型避免立管之间的碰撞安装方便深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日4.2 设计阶段1、概念设计该阶段设计的主要目的是确 定技术可行性，确定下一设 计阶段所需的信息，进行资 本和进度估计。这经常称作“ 方案选择”。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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”。深海工程中的立管系统研究康庄 2011年4月26日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。