深海钢悬链线立管的分析与设计

论文摘要

近年来,深海石油和天然气的勘探和开发活动已经如火如茶,全球的海洋石油工业正在更深的海域建造生产开发设备、广泛采用新兴技术并极大地促进了现有技术的发展。这是海洋石油和天然气工业发展的总趋势。中国的海洋石油工业亦是如此,近期勘探活动表明,在南海500m水深处发现了石油天然气资源的存在。南海从500m到2,500m水深范围,将有12个区块进行联合勘探和开发。不管海洋工程领域的发展采用什么形式的浮式设备,总会需要立管系统,它是海洋石油装备的重要组成部分。某种程度上,立管是更为复杂和关键的设备。钢悬链线立管被认为是深水立管中有效解决成本问题的设计方案,并被广泛的使用。有人断言,随着水深的增加,钢悬链线立管将是最为经济的选择,其工作水深甚至可以达到10,000英尺。本文以钢悬链线立管为例,进行立管的整体设计和分析工作。其中包括立管的管壁厚度设计与校核、强度分析、运动疲劳分析和涡激振动疲劳分析等几项工作:1.管壁厚度的设计和校核依据美国石油协会规范API RP 2RD进行;2.使用EXCEL计算程序和大型有限元分析软件ABAQUS分别对立管进行静态强度分析和动态强度分析;3.在进行运动疲劳分析时,先由ABAQUS软件计算立管的动态响应,再利用雨流计数法对应力—时间历程曲线进行处理,最终计算得到立管的运动疲劳寿命;4.使用SHEAR7软件计算立管的涡激振动疲劳寿命。通过以上计算和分析工作,本文得出了结论,选定的设计方案是可靠的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 海洋立管
• 1.2 深海开发中的海洋立管
• 1.2.1 海洋立管系统
• 1.2.2 海洋立管的设计标准
• 1.2.3 海洋立管的工业设计软件
• 1.2.4 海洋立管的工程设计
• 1.2.5 海洋立管的安装
• 1.3 海洋立管研究现状
• 1.3.1 立管的动态响应分析现状
• 1.3.2 立管的疲劳损伤分析现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 立管的壁厚设计与分析
• 2.1 立管内力的计算
• 2.1.1 悬链线的基本方程
• 2.1.2 悬链线相关参数的推导
• 2.1.3 立管的内力计算结果
• 2.2 立管壁厚的校核
• 2.2.1 Mises组合应力校核准则
• 2.2.2 压溃应力校核准则
• 2.2.3 屈曲应力校核
• 2.2.4 立管壁厚的校核结果
• 2.3 本章小结
• 第3章 立管的力学分析
• 3.1 刚性立管力学分析模型
• 3.1.1 立管分析的基本方程
• 3.1.2 立管的动力分析
• 3.2 立管的静力分析
• 3.2.1 简单的静力分析法
• 3.2.2 有限元分析法
• 3.3 立管的动力分析
• 3.3.1 边界条件的处理
• 3.3.2 动力分析结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 立管的运动疲劳分析
• 4.1 雨流计数法的基本原理
• 4.1.1 雨流计数法
• 4.1.2 峰谷值的检测及重新排序
• 4.1.3 雨流计数
• 4.2 运动疲劳分析结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 立管的涡激振动疲劳分析
• 5.1 涡激振动的基本原理
• 5.1.1 漩涡泄放与涡激振动
• 5.1.2 防止和抑制涡激振动的方法
• 5.2 涡激振动疲劳计算结果
• 5.2.1 无抑制装置的计算结果
• 5.2.2 加抑制装置的计算结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢