深水鋼質(zhì)立管彎曲抑制裝置的關鍵技術研究.pdf

1、博士學位論文深水鋼質(zhì)立管彎曲抑制裝置的關鍵技術研究TheAntibendingTechnologyofDeep—waterSteelRisers作者姓名：堂且曦學科、專業(yè)：監(jiān)盤自皇漫注結趁塑逡鹽魚』造學號：1098001指導教完成日兀從口師：期：大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要深水立管系統(tǒng)是深水油氣開發(fā)裝備中最為薄弱的構件之一，在風、浪、流以及頂部浮體運動的聯(lián)合作用下，立管

2、端部和觸地段等局部位置會產(chǎn)生過度彎曲而導致立管發(fā)生強度破壞、屈曲破壞以及疲勞破壞等。深水立管系統(tǒng)中的彎曲抑制裝置為過度彎曲問題提供了有效的解決途徑。因此，本文依托國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目“南海深水油氣勘探開發(fā)關鍵技術及裝備重大項目一一深水立管工程設計關鍵研究課題“，重點研究了深水立管彎曲抑制裝置的關鍵技術問題，主要內(nèi)容包括：功能性接頭設計、靜水壓潰分析、徑向屈曲與屈曲擴展分析以及關鍵位置彎曲抑制結構設計等。深水立管主

3、要呈現(xiàn)柔性結構的特征，當其與剛性結構固定連接時，就會在連接處的立管結構中形成彎曲應力的高度集中區(qū)。在這種情況下，通常采用應力接頭結構作為過渡，以降低立管端部結構的彎曲應力集中程度。目前，有關應力接頭的大部分研究工作都集中在新型材料的應用和對現(xiàn)有結構的分析上，而應力接頭的設計工作主要還是憑借設計人員的實際工程經(jīng)驗來進行的。因此，如果立管系統(tǒng)服役的平臺結構或海洋環(huán)境發(fā)生變化，就會給設計工作帶來很大的難度。針對這一問題，本文提出了應力接頭的設

4、計原理和設計方法，并在綜合考慮各方面影響因素的情況下，對重要參數(shù)的選擇和控制方法進行了工程推薦。根據(jù)該設計方法可以快速準確地得到滿足實際工程需求的應力接頭結構，還能較為準確地對相關力學性能進行分析和計算。同時，本文在考慮百年一遇極端海況的條件下，應用數(shù)值模擬方法驗證了設計結果的正確性及合理性，評估了應力接頭結構的彎曲抑制能力。本文還基于實際工程項目，對帶有應力接頭的立管系統(tǒng)進行了動力響應分析和疲勞分析，進一步證明了該設計方法在實際工程應

5、用中的可行性和有效性。然而，在深水立管系統(tǒng)的實際工程應用中除了設計相應結構來抑制過度彎曲以外，對由過度彎曲引發(fā)的相關工程問題的分析和評估也十分重要。特別是當這些過度彎曲位置含有結構缺陷時，立管就很可能產(chǎn)生局部徑向屈曲甚至發(fā)生屈曲擴展破壞。而現(xiàn)有的立管徑向屈曲及屈曲擴展評估工作大都是基于大徑厚比海底管道進行的，由于結構特點和載荷環(huán)境的不同導致計算誤差較大。因此，本文基于薄壁圓柱殼的徑向屈曲理論深入研究了不同徑厚比深水立管的壓潰屈曲特點，并