發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 21:09

【摘要】：海底管道是海洋油氣田生產(chǎn)過(guò)程中輸送海洋油氣的生命線(xiàn)。當(dāng)海底管道作業(yè)時(shí),存在著大量的由第三方活動(dòng)造成的偶然載荷對(duì)海底管道撞擊進(jìn)而造成海底管道凹陷變形的現(xiàn)象。由于其運(yùn)營(yíng)環(huán)境的特殊性,海底管道一旦因?yàn)槭茏矒舭枷葑冃螌?dǎo)致管道發(fā)生泄露或破損,將會(huì)對(duì)海上油氣田的生產(chǎn)以及海洋環(huán)境的安全造成巨大影響。因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海底管道受撞擊損傷機(jī)理,對(duì)于保障海底管道的安全性具有重大意義。針對(duì)海底管道受撞擊損傷理論分析的研究,本文基于塑性基礎(chǔ)弦模型,將海底管道凹陷變形分為了環(huán)向變形以及線(xiàn)向變形,通過(guò)虛位移原理得到了能量平衡方程,建立了海底管道在內(nèi)外壓差影響下的凹陷模型,求解得到了在管道兩端旋轉(zhuǎn)受約束以及管道兩端可自由旋轉(zhuǎn)兩種邊界條件下,考慮內(nèi)外壓差及軸向力作用的撞擊力與凹陷深度的關(guān)系式,對(duì)海底管道遭受撞擊后撞擊力與凹陷深度的響應(yīng)特性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。并將得到的結(jié)果與兩種經(jīng)驗(yàn)公式以及有限元模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。最后,對(duì)本文求解所得的關(guān)系式中的相關(guān)影響參數(shù)進(jìn)行了分析,得到了內(nèi)外壓差以及徑厚比對(duì)海底管道遭受撞擊后撞擊力與凹陷深度響應(yīng)特性的影響,為海底管道的制造以及安全評(píng)估提供了較好的參考。
【圖文】：

東省惠州市 121-1 油田天然氣管道被拉斷。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，每 1000 千米的海底管道就有 0.2％的發(fā)生損傷的風(fēng)險(xiǎn)[13]。近年來(lái)，越來(lái)越多的海底管道和海底電纜損傷事故表明，必須加大對(duì)海底管道的安全防護(hù)方面的研究，為海底管道的安全運(yùn)營(yíng)提供支持。根據(jù)江錦等人的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，47％的海底管道發(fā)生破壞損傷的事故是由腐蝕導(dǎo)致的，32％的海底管道發(fā)生破壞損傷的事故是因?yàn)橥暇W(wǎng)和落物等第三方活動(dòng)撞擊引起的，剩下的事故是由其他因素引起的[14]。雖然腐蝕是造成海底管道損傷的主要因素，但是大部分海洋污染事故以及海上油氣田生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)損失都是由錨泊撞擊等第三方活動(dòng)產(chǎn)生的偶然載荷造成的海底管道破壞損傷[15-16]。海底管道在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，類(lèi)似船舶拋錨撞擊管道等大量的第三方活動(dòng)，將造成海底管道產(chǎn)生凹陷破損，嚴(yán)重的話(huà)會(huì)造成管道失效。因此迫切需要對(duì)海底管道遭受撞擊產(chǎn)生局部凹陷后的力學(xué)性能進(jìn)行分析，從而制定一系列保護(hù)措施，盡量減少第三方撞擊對(duì)海底管道所造成的破損傷害，提高海底管道的使用壽命。

圖 2.1 常見(jiàn)管道凹陷分類(lèi)Fig. 2.1 Common pipeline dent classification由上圖可知，平滑管道凹陷和曲折管道凹陷是根據(jù)管道凹陷幾何特性的差異進(jìn)行分類(lèi)的。凹陷變形區(qū)域內(nèi)管道管壁光滑過(guò)渡，同時(shí)凹陷部位的應(yīng)力、應(yīng)變較小的情況為平滑管道凹陷。而在凹陷變形區(qū)域管道環(huán)向曲率發(fā)生顯著改變，，且應(yīng)變突增時(shí)，即為曲折管道凹陷。其中平滑管道凹陷包括單純凹陷、焊縫凹陷以及含劃傷（或其他缺陷）凹陷[42]。（1）單純凹陷是指管道在遭受第三方撞擊損傷發(fā)生凹陷時(shí)，管道的壁厚沒(méi)有改變，同時(shí)沒(méi)有新增其他類(lèi)型的缺陷，目前對(duì)海底管道受撞擊后凹陷形式的研究多聚焦于此凹陷類(lèi)型。（2）在管道焊縫以及其附近區(qū)域所產(chǎn)生的平滑凹陷即為焊縫凹陷，該凹陷形式不僅受到凹陷變形的影響，還受到焊縫對(duì)管道力學(xué)性能的影響，其極限承載能力嚴(yán)重減��；（3）含劃痕（或其他缺陷）的管道凹陷是由于管道外側(cè)和撞擊物體接觸，使
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE973.92

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本文編號(hào)：2696978