海洋立管课程概述

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? 美国石油协会 RP 2RD (1998): “Design of Risers for Floating Production Systems and Tension Leg Platforms”, First Edition
? 挪威船级社 OS F201 (2001): “Dynamic Risers”
? 另外一个原因就是墨西哥湾是 深海开发的先锋, API 的规范也 就自然采用的比较广泛。
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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? 立管的分析可以分为静力和动力分析。
? 静力分析：使用ABAQUS 等软件进行的管道模型静力 分析利用大位移效应、材料非线性、边界非线性来处 理非线性问题，如连接、滑动和摩擦（管道/海床相互 作用）。
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? 和浅水油气开发相比 , 海洋立管作 为连接水上浮式及水下生产系统的
唯一关键结构 ,其在深水中的应用更 加具有独特的挑战性 , 要求更强烈 的创新。
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? 这一点从比较海洋立管在浅水与深水中的概念上 的不同就可以看出来。
? 浅水的立管都是钢管固定在 平台的桩腿上的 ,
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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? 尽管立管已经存在很多年了，但它只 是在近些年来随着深水技术的发展而 产生了巨大的进步。
? 早期立管的主要结构是钢铁生产管线 的简单延伸，通常在导管架腿柱上夹 紧。
深海工程中的立管系统研究
April，26，2011
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一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
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什么是深海？
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适合于不同水深的平台形式
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适合于深水的平台
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? 塔式立管 ? (Hybrid Tower Riser)
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? 钻井立管 ? （Drilling Riser）
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? 下图是美国墨西哥湾的一个深海油田布置图, 该油田采用了顶部预张力 立管(TTR)和钢悬链立管(SCR)作为海洋立管。
? 早期的立管设计以使用不同安全系数 的独立的管道标准为基础。
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? 深水开发需要新方案和新技术来处 理在浅水开发中遇不到的挑战。为 了解决深水立管技术也需要一个新 型的工业立管设计标准。
? 第一个立管设计标准是美国石油协 会RP 2RD，然后是挪威船级社 OS F201。
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? 对于立管系统，静力分析 确定了整体结构如顶端悬 挂角度、总悬挂长度、着
陆点（ TDP ）。这些可以通 过使用ABAQUS 或前面所 述的专用立管软件来完成。
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? 对于立管系统，由于浮式装置的运动、动力环境条件 （风、浪、流）动力影响始终存在。
? 动力分析：动力分析通常研究管道或立管系统的非线 性动力响应。
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8Hale Waihona Puke Baidu
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FPSO
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什么是立管？ 深海立管与浅水立管的区别？
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? 作为深海油气田开发系统结构的重要组成部分， 海洋立管以其全新的形式、动态的特性、以及高 技术含量变得格外引人注目。
? 以往浅水立管形式根本 不能应用到深水中，这 使得立管技术更加的具 有挑战性。
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? 下图是西非的一个深海油田布置图, 其平台采用了立拄式和浮式生产储 油轮相结合的形式。该油田采用了顶部预张力立管(TTR),钢悬链立管 (SCR)和塔式立管的组合作为海洋立管系统。
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? 下图是西非的AKPO 深海油田立体图, 其平台为浮式生产储油轮的形式。 该油田全部采用了钢悬链立管(SCR)组合作为海洋立管系统。
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? 顶部预张力立管 ? (Top Tension Riser)
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TTR立管适用的平台
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? 钢悬链立管 ? (Steel Catenary
Riser)
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? 柔性立管 ? (Flexible Riser)
目前深水立管并没有统一的分类，但根据其结构 形式及用途，可以大致主要分类如下：
? 顶部预张力立管 (Top Tension Riser) ? 钢悬链立管 (Steel Catenary Riser) ? 柔性立管 (Flexible Riser) ? 塔式立管 (Hybrid Tower Riser) ? 钻井立管(Drilling Riser)
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? 这两个立管的规范从原理上是不 仅相同,
? 美国石油协会的RP 2RD 是基于许 用应力方法,
? 而挪威船级社的OS F201 是基于 可靠性分析的荷载抗力系数法 (LRFD)。
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? 一般说来, API 的立管规范要比 挪威船级社的立管规范相对保 守一些。
? 由于美国石油协会的规范出台 比较早, 因而应用的也比较广 泛。
? 而深水中的立管却有着各式 各样的变化, 以适用于不同 的开发需要。
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所以，深水海洋立管是深水工程技术 的核心， 还因为：
? 深水的挑战需要新颖的海洋立管概念； ? 浅水立管技术完全不适应于深水； ? 全新的浮式结构概念需要全新的立管系统； ? 深水立管是整个深水油气田开发的最主要的
界面；
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? 深水立管概念的选取直接影响浮式结构及水下系 统的确定；
? 深水立管的动态特性使其成为深水开发中最具有 挑战性；
? 深水立管的实际工程经验及现场反馈很少； ? 水深，高温，高压使深水立管工程更加艰难； ? 深水立管的特性及其响应无法在实验室的环境下
模拟。
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