【摘要】：鋼懸鏈線立管(steel catenary riser,SCR)出現(xiàn)于20世紀80年代,由于鋼懸鏈線立管成本低,能適應高溫高壓的海洋環(huán)境,使它成為海洋管道工程的重點研究對象。清管器(pig)是管道維護,提高油氣傳輸效率的重要工具,不同作業(yè)環(huán)境需要具體的清管理論作指導。研究深水鋼懸鏈線立管清管過程的動態(tài)特性對于指導深海清管作業(yè)具有重要的意義。本文基于有限元軟件,考慮懸鏈線的幾何非線性和管土接觸非線性,對簡單鋼懸鏈線立管進行建模,并與懸鏈線理論所得的計算結果對比,結果較為吻合。基于有限元模型,分析了立管在波浪海流載荷和浮式平臺運動作用下的動力響應,模擬結果與已經(jīng)研究的結果相比,應力大小和整體變化趨勢均合理,在重力和浮力作用下,兩端鉸接的SCR會呈現(xiàn)簡單懸鏈線的形狀,在海浪海流,浮式平臺運動的影響下,立管各點都會呈現(xiàn)不同程度的動力響應,其運動會隨著立管的位置呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化。在立管清管過程的模擬中發(fā)現(xiàn),若無海洋環(huán)境的影響,清管器對于立管的影響會呈現(xiàn)出局部突出的現(xiàn)象,在清管器作業(yè)位置出現(xiàn)應力集中,但是若考慮海洋環(huán)境的影響,清管器對SCR的影響則并不突出,海浪海流與浮式平臺運動仍是主要的影響�；诨旌蠈嶒灲財嘣O計和變態(tài)相似兩種理論,對SCR進行了物理模型設計,為大型管道進行小尺寸實驗提供參考。
【圖文】：

圖 1.1 不同水深對應的開采平臺Fig. 1.1 Different types of mining platforms目前世界上常用的油氣平臺主要有淺海的固定式平臺，，廣泛用于深海的張力腿平臺（tension leg platform，TLP），半潛式浮式平臺，單柱式平臺等。浮式平臺在海流與海流等外在因素作用下會出現(xiàn)不同程度的漂移，運動幅度與它們錨定的方式有關，研究表明，F(xiàn)PSO 的運動幅度遠大于 TLP 和 SPAR 平臺。連接浮式平臺和海底井口的系統(tǒng)稱為立管，是傳輸石油天然氣的基礎。世界上第一個鉆井立管出現(xiàn)于 1961 年，主要用于：鉆井、完井、生產(chǎn)/注入和輸出。生產(chǎn)立管晚于鉆井立管，主要作用是配合浮式平臺運輸油氣資源，其結構雛形是頂端張力式鉆井立管，主要存在形式有四種，如圖 1.2 所示，從左到右依次為鋼懸鏈線立管（SCR）、頂端張力式立管（TTR，Top Tension Riser）、柔性立管（Flexible Risers）和混合式立管（Hybrid Risers）。鋼懸鏈線立管主要分為懸垂部分和觸底部分，細分的話，懸垂部分可分為頂部與懸掛段，觸底段是指立管尾部與海床相互接觸的管道。在海洋環(huán)境的影響下，鋼懸鏈線立管會不斷產(chǎn)生運動，并且立管頂部與平臺連接，

圖 1.2 四種立管類型Fig. 1.2 Four types of risers清管器是清除管道積蠟，水合物等污垢，提高管道傳輸效率的重要手段。證管道長久的使用壽命，防止管道泄露爆炸等事故，需定期對管道進行清理，清管前均需結合具體工況，基于對應的清管理論對管道進行分析計算，指場的清管作業(yè)。有關陸地管道的清管理論已經(jīng)較為成熟，但有對于深水管道管研究還處于初步階段。作為深水開采的首選立管，SCR 具有高度的幾何非，觸底段具有接觸非線性，復雜的海洋環(huán)境更使得 SCR 清管作業(yè)異常困難， 1.3 所示，迫切需要相關清管理論指導。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE973.92

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本文編號：2602311