深海雙層管的屈曲傳播及止屈控制.pdf

1、海底管道是深水油氣資源開發(fā)的重要組成部分，作為油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中的生命線，保證管道的安全是重中之重。深海管道的服役水深已超過2000m，需要承受巨大的外部靜水壓力，一旦發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)，在靜水壓力作用下屈曲就會沿著管道軸向進行傳播，進而破壞整根管道，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。與傳統(tǒng)的單層管相比，雙層管的外壓承載力較高，且擁有良好的保溫性能，同時可以在管道破損時防止油氣產(chǎn)品外泄。因此，在深海油氣采集系統(tǒng)中使用雙層管具有較好的經(jīng)濟性、實用性以及安全性

2、。
　　當(dāng)前，我國面臨的資源形勢非常嚴(yán)峻，石油對外依存度常年高于國際警戒線。隨著淺海油氣資源的逐漸枯竭，油氣開采向深海發(fā)展是必然趨勢。因此，研究雙層管的屈曲傳播，探討所安裝的止屈器的工作特性，對提升我國深海油氣管道的設(shè)計以及深水海域油氣資源的開發(fā)具有重要的意義。
　　本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，對深海雙層管的屈曲傳播和安裝在雙層管中的整體式止屈器的工作性能等問題開展了一系列較為系統(tǒng)深入的研究，主要的研究內(nèi)容和成果簡述為以下幾

3、個方面:
　　(1)利用自主研制的模擬深海環(huán)境的壓力缸以及試驗設(shè)備開展了雙層管的屈曲傳播和止屈器工作性能的比例模型試驗，測得了雙層管的失穩(wěn)壓力、屈曲傳播壓力和止屈器的穿越壓力，繪制出了試驗構(gòu)件的壓力一體積變化曲線。
　　(2)建立了一種基于非線性有限元軟件的數(shù)值模擬方法，模擬了雙層管的屈曲傳播以及止屈控制過程，通過對比數(shù)值模擬結(jié)果和試驗結(jié)果，驗證了數(shù)值模擬方法的精確性。
　　(3)基于該數(shù)值模擬方法，對雙層管的屈曲傳播

4、壓力開展了參數(shù)敏感性分析。引入了應(yīng)變硬化模量，提出了一種模擬材料不同硬化特性的改進本構(gòu)模型;根據(jù)廣泛的參數(shù)化分析結(jié)果和試驗測試數(shù)據(jù)，擬合得到了一個計算雙層管屈曲傳播壓力的經(jīng)驗公式;發(fā)現(xiàn)了雙層管所特有的兩種屈曲傳播模式，借助本文的數(shù)值模擬方法，找尋到了兩種模式之間的轉(zhuǎn)換條件。
　　(4)驗證了安裝有整體式止屈器的雙層管抵抗屈曲傳播能力的提升。揭示了止屈器的兩種穿越模式，研究了不同規(guī)格止屈器對其工作性能的影響，根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果和試驗測