單重保溫海底管道理論分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、海底管道作為海洋油氣資源開發(fā)和運(yùn)輸?shù)纳€，起著連接海上油氣開采和陸上加工處理的樞紐作用。海底管道的投資往往在整個油氣田項(xiàng)目中占有舉足輕重的地位，如何合理地降低管道的造價(jià)并且保證其安全運(yùn)行，是個長久以來具有挑戰(zhàn)性的課題。我國海上原油大多含蠟量較高，具有較高的傾點(diǎn)和粘度，在管道輸送時(shí)經(jīng)常需要保溫措施。傳統(tǒng)使用的雙重管道能夠滿足保溫以及工程力學(xué)要求，但其缺點(diǎn)是鋼材有近三分之二浪費(fèi)在僅起保溫和保護(hù)作用的外層鋼管上。此外，焊接雙重管道的速度慢，

2、大大增加了施工船機(jī)設(shè)備的臺班費(fèi)用，而且維護(hù)修理難度較大。單重保溫管道則省去外層鋼管，代之以保溫層和防護(hù)層，可以節(jié)約大量昂貴的鋼材。此外，單重管道在鋪設(shè)時(shí)只需焊接一層鋼管，大大提高了施工速度。本文以兩個實(shí)際工程項(xiàng)目為依托，參考國外已有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和研究成果，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和理論分析，并將所得到的試驗(yàn)結(jié)論和研究成果用于指導(dǎo)實(shí)際工程，旨在加快單重保溫管道在我國的應(yīng)用。 ㈠在參考國內(nèi)外已有的經(jīng)驗(yàn)和成果的基礎(chǔ)上，對保溫材料進(jìn)行了抗壓和

3、抗剪能力的物理性能試驗(yàn)，測定出其主要的力學(xué)指標(biāo)。采用全比尺試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測定出單重管層間的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以及管道抗壓性能指標(biāo)。在鋪管船上進(jìn)行的現(xiàn)場全比尺試驗(yàn)是對單重管道鋪設(shè)的模擬和演練，對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析和數(shù)值計(jì)算，以達(dá)到改善設(shè)計(jì)和優(yōu)化施工的目的。 ㈡對管道鋪設(shè)進(jìn)行了理論分析，參考已有的成果得出奇異攝動解，并采用牛頓割線迭代法將其實(shí)現(xiàn)為計(jì)算程序代碼，計(jì)算出管道在鋪設(shè)時(shí)的變形和內(nèi)力。對單重保溫管道在施工以及運(yùn)行

4、期間的層間剪切力進(jìn)行了校核，提出了一套簡化的計(jì)算模型和計(jì)算方法，并將此成果成功用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。采用有限元軟件，對管道在進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)受張緊器的壓夾作用進(jìn)行了仿真模擬，計(jì)算出其安全儲備情況。從彈性理論出發(fā)對管道在靜水壓力作用下進(jìn)行了壓潰分析，并采用有限元軟件對管道進(jìn)行了線性和非線性屈曲分析。管道膨脹彎的吊裝方案采用有限元軟件對三種方案進(jìn)行比較而達(dá)到優(yōu)化的目的。對管土相互作用這一專項(xiàng)進(jìn)行了研究，并將UWAPIPE模型進(jìn)行了改進(jìn)，并將其作為宏單