海洋立管课程概述
海洋管道的立管设计
5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
利用有限元进行结构整体分析 交变载荷下涡激振动分析 疲劳分析
5.2 立管的设计与受力分析-疲劳分析
疲劳分析的目的是确保结构有足够的安全性，防止结构在计划 寿命期内疲劳损坏。 当结构的实际板厚超过参考板厚 tref 22mm时修正的S-N曲线：
log N
➢ 软管：一般由橡胶管， 压固层， 铠装层 ， 尼龙外 套组成
➢ 快速联轴节：挠性立管与浮式结构上相连的部件 ➢ 水中支撑拱架和浮筒 ➢ 立管底盘：是立管在海底的重力基座，承受立管传
来的载荷并保持在海底的稳定性。
柔性立管内部结构
柔性立管内部结构
柔性立管的铠装层
挠曲形状
自由悬链线 双悬链
挠性立管
第五章 海洋管道的立管设计
5.1 立管的型式与组成 5.2 立管的设计与受力分析 5.3 立管的安装
5.1 立管的型式与组成
立管的型式
上下平台立管型式
上下平台的立管型式
人工岛的立管型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
深水立管系统
挠性立管
挠性立管: 挠性立管系统又叫动力管系统， 有四 部组成
二、海上钢平台的立管安装
1。平台装有预装构件 （J 形安装） 两种方法： 直接牵引安装立管 铺管船辅助安装立管
5.3 立管的安装
➢直接牵引安装立管：正 向牵引和反向牵引； 用J形管安装立管可一次 成型， 不需再将立管与海 底管道连接，即使管道需 接长， 也可以在水面以上 焊接， 焊接质量易于保证。 但用J形管安装立管时， 要求J形管弯头部分弯曲 半径较大， 所以只适用于 较深水域和较小的管径
5.3 立管的安装
2。平台没有预装构件: 采用L形立管安装构件
海洋管道的施工-讲义
3、管道的铺设-Reel Lay
根据卷筒 铺管船的设计和 水深 ，卷管可以 用 S-lay or J-lay 方法 来 安装 .卷筒铺管船可以有垂直或者 水平 的 卷筒 。
水平的卷筒铺管船在浅水到中等水深使用托管架和S-lay铺设管 道.
3、管道的铺设 -顶管法
4、管道的试压和试运转
管道的试压包括：
在加工制作现场对组装的管段进行试压，检验焊口 的质量；
在管道铺设后，管沟回填前的全管道试压。
试验压力一般为管道最大工作压力的1.25~1.5 倍。 海底管道的试运转:按使用要求和设计标准逐项测 试， 以便制定管道工艺操作规程。
1、对防腐层的基本要求
• S-lay • J-lay • Reel lay
3、管道的铺设-S-lay
S-lay的发展经历了四个阶段： 第一代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，应用于浅水和内
陆水域 第二代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，但具有4-14个的
锚链来定位。 第三代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用锚链定位。 第四代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用动力定位。
2、保温层、加重层
保温层 • 对于双层管结构的海底管道，内外间设置保温层， 泡沫塑料是较好的隔热保温材料。 • 有喷涂和浇注两种施工方法。
加重层 • 为满足设计负浮力的配置和防止施工工程中对绝缘防 护层的损伤，常在防腐绝缘层外包加重层。 • 加重层一般是含钢筋的混凝土或水泥砂浆。 • 制作方法：人工涂抹；立模浇筑；表面喷漆；离心旋 制；预制安装。 • 海底管道加重层的质量控制，主要指混凝土的强度、 密实度、吸水率和加重层的尺寸等。
海洋立管概述PPT课件
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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。
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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,
➢ 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；
➢ 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。
➢ 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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➢ 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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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。
海洋立管课程概述
安装过程
定位与锚定
根据技术要求，对立管进 行精确定位和锚定，确保
其稳定性和安全性。
连接与固定
将立管分段连接，并进 行必要的固定，确保立 管的稳定性和可靠性。
防腐处理
对立管进行防腐处理， 延长其使用寿命。
检测与调试
安装完成后，对立管进 行检测和调试，确保其
性能符合设计要求。
维护与保养
日常检查
定期对立管进行检查，发现异 常及时处理。
监督，确保项目的安全和可靠性。同时，应建立完善的事故应对机制，
及时处理和解决问题。
05 未来海洋立管发展趋势
高强度材料的应用
高强度材料如碳纤维增强塑料（CFRP）和玻璃纤维增强塑料 （GFRP）等，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，能够有效减轻 立管重量，提高其承载能力和使用寿命。
高强度材料的研发和应用将进一步推动海洋立管技术的进步 ，降低建设和维护成本，为深海油气资源的开发提供更可靠 的支撑。
海洋立管制造工艺
焊接工艺
01
焊接是制造海洋立管的关键工艺之一，要求焊接质量高、强度
高、气密性好。
热处理工艺
02
热处理工艺可以提高海洋立管的机械性能和耐腐蚀性能。
无损检测
03
无损检测是确保海洋立管质量的重要手段，可以通过超声波检
测、射线检测等方法检测立管内部和表面的缺陷。
海洋立管标准与规范
1 2
API标准
海洋立管课程概述
目录
• 海洋立管简介 • 海洋立管基础知识 • 海洋立管安装与维护 • 海洋立管案例分析 • 未来海洋立管发展趋势 • 结论与建议
01 海洋立管简介
定义与功能
定义
海洋立管是用于连接海底井口和 海面设施的管道系统，通常由钢 制材料制成，用于输送石油、天 然气等流体。
海洋立管课程概述课件 PPT
➢ 这两个立管得规范从原理上就是 不仅相同,
➢ 美国石油协会得RP 2RD 就是基 于许用应力方法,
➢ 而挪威船级社得OS F201 就是 基于可靠性分析得荷载抗力系数 法(LRFD)。
➢ 一般说来, API 得立管规范要 比挪威船级社得立管规范相对 保守一些。
➢ 由于美国石油协会得规范出台 比较早, 因而应用得也比较广 泛。
安装设备概述
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管得工程设计 五、立管得海上安装 六、涡激振动
什么就是涡激振动(VIV)？
立管涡激振动就是导致立管疲劳破坏得 主要原因
➢ 不同雷诺数条 件下得涡放图
➢ 非洲西北部佛得角群岛附近天空出现得冯·卡门涡街。 ➢ 这种云漩涡在风穿过佛得角群岛时形成。
成本
抗侵蚀能力
重力要求
焊接性能
3、强度分析
所有依据极限状态用公式表达得相关失效公式 都应在管道与立管设计中考虑。极限状态得分 类如下: 工作极限状态(SLS) 最大极限状态(ULS) 疲劳极限状态(FLS) 意外极限状态(ALS)
➢ 工作极限状态(SLS):如果超越就会导致管道 不能正常运行得状态。
Flex 3D : MCS International (Ireland) Orcaflex : Orcina Ltd、 (UK)
SHEAR7 : MIT (USA)
一、概述 二、立管设计规范及标准 三、立管设计分析工具 四、立管得工程设计 五、立管得海上安装 六、涡激振动
4、1设计得目标
最常用得海上安装方法包括: J 型铺设 S 型铺设 卷筒铺设 拖曳
J 型铺设
➢ 焊接在浮式装置上进行,但由于在 一个场所进行,速度慢。
课程设计实例-海底管道立管
前言经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，寻求廉价而供应充足的能源已经成为各国经济发展的重大问题。
科学技术的发展的现状表明：太阳能、地热能利用和开发还处于初级阶段，在能源消耗总额中占的比重也很少；核能正在发展，所占的比重正在逐渐提高，但也受到技术水平、铀矿资源的限制；在核聚变能量被工业大量实际应用以前，石油天然气等燃料仍然是社会使用的主要资源；而石油由于比较容易开采、运输和利用，就必然成为现代国民经济的重要支柱。
世界上大量的政治、军事、经济的运动都是围绕石油问题进行的。
勘探表明，在大陆架的39%地区含有油气构造，其储量占全世界石油的30%~40%。
而美国的墨西哥湾、欧洲的北海、西亚的波斯湾、北非海域以及南中国海域、渤海海域都已成世界各国开发海洋石油资源的重要场所。
目前在各大洲大陆架的不同工作水域有各种类型的近海工程结构物，主要应用于海底油气资源的勘探和开发。
海洋立管是浮式海洋平台与海底井口间的主要连接。
作为海面与海底的一种连接通道，它也可用于固定式平台及勘探船。
下端通过万向节与海底井口连接，其上端与平台或船舶底部的滑移节配合，这样，平台或船舶在波浪作用下发生任何可能的运动时，立管有足够的运动自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡是改变其长度。
立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管。
海洋立管具有多种可能的结构，如顶张力立管（TTP）、自由悬挂的钢悬链线立管（SCR），惰性S立管，陡峭型S立管，惰性波浪立管、陡峭型波浪立管等。
立管的设计应该满足实际的海洋环境载荷，小直径的立管通常被固定在隔水套管中，海洋环境在核对其影响较小。
较大直径立管科直接由平台支持置于海洋环境载荷中，此时，立管将同时承受内流体流动的作用和管外海洋环境载荷作用。
立管所承受的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中波浪和海流是最重要的海洋荷载。
并且受水流作用的工程结构都有可能发生涡激振动。
目前海中立管的动力设计计算并不考虑内流体的流动作用，这样设计是不合理的，也是不安全的。
海洋工程第9章 钻井和生产立管
第九章钻井和生产立管James Brekke GlobalSantaFe公司, 美国德克萨斯州休斯顿市Subrata Chakrabarti Offshore Structure Analysis有限公司, 美国伊利诺斯州普兰菲尔德市John Halkyard Technip Offshore有限公司，美国德克萨斯州休斯顿市9.1概述立管常用来容纳压井液（钻井立管）并从海底向平台运送碳氢化合物（生产立管）。
立管系统是海上钻井和浮式生产作业的一种关键部件。
在本章中，9.2节涵盖了在可移式海洋钻井装置（MODU）的浮动钻井作业中的钻井立管，9.3节则阐述了浮式生产作业中的生产立管（以及钻井立管）。
对于许多浮式海洋结构，立管是一种独特的公共装置。
立管把浮式钻井/生产设备与水下井连接起来，对油田安全作业至关重要。
对于深水作业，立管设计是最大挑战之一。
当在浮式钻井作业中使用时，钻井立管是MODU作业的管道。
尽管大部分时间处于连通状态，但钻井立管在它们的寿命期间经受了反复部署和回收作业，并且受到恶劣天气下紧急解脱和悬挂的意外事故影响。
当今正应用的生产立管包括顶部张紧生产立管（TTR）、挠性管钢悬链线立管（SCR）和自由直立生产立管。
现今，用于深水和超深水的超过50种不同的立管方案正在发展中。
一些最常见的立管方案如图9.1所示。
根据Clausen和D’Souza（2001）的统计，当今有超过1550种生产立管和150种钻井立管正在使用中，连接在各种各样的浮式平台上。
大约85％的生产立管是挠性立管。
挠性立管用于不超过1800m水深的水域，而顶部张紧立管和钢悬链线立管则用于水深达1460m水域。
世界上最深的生产立管是在巴西1853m 水域里用于Roncador Seillean FPSO的立管，该立管同时用于钻井和早期生产。
钻井立管则正在大于3000m水深中使用。
图9.1 立管方案示意图[Clausen 和D’Souza,Subsea7/KBR(2001)提供的图片] （STANDARD FLEXIBLE RISER CONFIGURATIONS-标准挠性立管结构；Steep Wave-陡波；Lazy Wave-惰波；Free Hanging-自由悬挂；Steep S-高弯度S 形；Lazy S-低弯度S形；Chinese Lantern-中国灯笼；ALTERNATIVE FLEXIBLE RISER CONFIGURATIONS-可选择的挠性立管结构；U-Shape-U型；Fixed S-固定S形；Camel S-驼峰S形；Tethered Wave-系缆波；Tethered S-系缆S形；Lazy Camel-惰驼峰）顶部张紧立管是细长的垂直圆柱形管，安置在海面或海面附近，并延伸到海底（参见图9.2）。
海洋立管概述
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
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）。
2、材料选择 立管最常用的材料是从碳钢（如美国石油协会 －5L 规格，等级X52-X70 和更高）到特种钢 （也就是合金钢，如13%铬）的钢材。下列因 素决定了材料的选择： 成本 抗侵蚀能力 重力要求 焊接性能
3、强度分析
所有依据极限状态用公式表达的相关失效公式 都应在管道和立管设计中考虑。极限状态的分 类如下： 工作极限状态（SLS） 最大极限状态（ULS） 疲劳极限状态（FLS） 意外极限状态（ALS）
深海工程中的立管系统研究
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
什么是深海？
适合于不同水深的平台形式
适合于深水的平台
FPSO
什么是立管？ 深海立管与浅水立管的区别？
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。
2、初步设计 该阶段的主要任务是进行材料选 择和确定壁厚；确定生产管线和 立管的尺寸；执行设计标准检查； 准备MTO 和授权应用。基本方案 需要在这个阶段定稿，也称作 “定义阶段”。
3、详细设计 该阶段的所有设计工作需要 足够详细以进行采购和制造。 而且，工程过程、说明书、 准备MTO、测试、勘测和 制图需要全面开展。这个阶 段也称作工程“执行阶段”。
海洋结构设计-海洋立管设计与分析
海洋结构设计海洋立管设计与分析中国海洋大学2017年6月海洋立管设计与分析摘要：海洋立管是现代海洋工程结构系统中的重要组成部分之一，同时也是薄弱易损的构件之一。
作为海面与海底的主要联系通道，海洋立管下端一般与万向节相连，上端与平台的滑移节或钻探船舶等相连。
海洋立管内部有高温高压的石油、天然气通过，外部承受波浪、海流荷载的作用。
立管在内部流体及外部环境荷载的作用下会发生弯曲和振动，当结构的固有频率和外荷载的频率相近时,极有可能引起结构的共振，从而造成立管结构的破坏。
而立管一旦遭到破坏，不仅致使工程本身遭受破坏，而且可能造成油气的泄漏、爆炸等严重的次生灾害。
因此掌握海洋立管设计知识及规范、研究复杂的风、浪、流深水环境条件下海洋立管的静力响应、动力响应、疲劳分析及损伤检测研究具有十分现实的意义。
正文：近些年来，海洋深水开发领域中的油气勘探及开发活动频率大幅增加，勘探及开发水深与前些年相比增加了近一倍。
海洋工业正在研究试图在更深的海域中建造更加便捷的生产系统，这当然需要更多的采用新技术、新方法及新设备。
同时这也符合世界海洋石油天然气工业发展的总趋势。
随着水深的不断增加，深水开发的技术装备将不断面临新的挑战，海洋平台及立管系统在这一次次的挑战中得到了巨大发展，从张力腿平台、平台、半潜式平台发展到今天的浮式生产系统和浮式生产储运系统。
海洋立管是连接水面浮式装置和海底设备如井口、总管的导管，是海洋油气田资源开发的重要结构，一般来说要满足以下功能：（1）外输、输入或循环流体；（2）钻井或修井机工具到井口的导向；（3）支撑辅助线；作为生产构件的立管系统（钻井和采油阶段）的功能包括：（4）生产和回注；（5）输出/输入或循环流体；（6）钻井；（7）完井、修井；海洋立管的分类比较复杂，类型多种多样，如下表1所示。
表1 海洋立管分类一、海洋立管分类简介1.1钢悬链线式立管（Steel Catenary Riser）1.1.1钢悬链线式立管的结构特点随着海洋油气资源开发活动不断向深水海域发展，立管系统在油气开发生产成本中所占的比重越来越大，传统的立管系统在技术上和经济上已经不适应深水发展的需要。
海底管道工程讲座课件
海底管道工程的历史与发展
总结词
海底管道工程经历了从简单到复杂、从低级到高级的发展历程，未来将向更长距离、更 大直径和更深水域发展。
资源利用
合理利用资源，减少浪费，采用可再 生和可回收材料，促进资源的可持续 利用。
社会参与
加强与当地社区和相关利益方的沟通 与合作，促进社会参与和共建，实现 管道工程的可持续发展。
06 海底管道工程案例分析
国内某海底管道工程案例
工程规模
全长100公里，直径40英寸， 投资额达5亿人民币。
施工难点
海底地形复杂，水深流急，需 要克服地震、台风等自然灾害 影响。
案例名称
中国南海某海底输油管道工程
建设背景
为满足南海地区石油开发和运 输需求，提高国家能源安全保 障能力。
解决方案
采用先进的地质勘测技术、深 海施工装备和环保材料，确保 工程质量和安全。
国际某海底管道工程案例
案例名称
中东某国海底输气管道工程
规划阶段
明确工程目标
在规划阶段，首先要明确海底 管道工程的目标，包括输送介
质、输送量、输送距离等。
现场勘察
对海底地形、地质、水深、流 速、潮汐等条件进行详细勘察 ，以便了解工程环境，评估施 工难度。
路由设计
根据勘察结果，设计合理的海 底管道路由，避开不良地质区 域和障碍物。
工程经济评估
对工程投资、施工周期、经济 效益等进行初步评估，确保工
海洋立管课程概述
海洋立管的设计和 制造需要考虑到各 种复杂的环境因素 ，如水深、海流、 波浪、冰层等
海洋立管分类
按材料分类：碳钢、不锈钢、铜镍合金等 按功能分类：排放立管、泥浆立管、电缆立管等 按连接方式分类：法兰连接、焊接连接、承插连接等 按用途分类：深海立管、浅海立管等
海洋立管材料
钢管：强度高，耐腐蚀，但重量较 大
维护保养
定期检查：确 保立管系统的
正常运行
清洁保养：保 持立管的清洁
和防腐蚀
维修更换：及 时修复损坏的
立管部件
培训与资质： 确保维护人员 具备专业知识
和技能
常见问题及解决方案
安装过程中出现 的问题：立管安 装不牢固、连接 处漏水等
维护过程中出现 的问题：立管腐 蚀、管道堵塞等
解决方案：加强安 装前的检查工作， 选择合适的防腐材 料，定期进行管道 清洗等
设计流程
确定设计参数： 根据海洋环境、 管道性能要求等 确定设计参数， 如管道直径、壁 厚、材料等。
建立数学模型： 根据设计参数建 立数学模型，进 行力学分析、流 体力学分析等。
优化设计：根据 分析结果，对设 计进行优化，提 高管道性能、降 低成本等。
审核与验证：对 设计进行审核与 验证，确保设计 符合规范要求， 并进行必要的修 改和完善。
钛管：强度高，耐腐蚀，重量轻， 但价格昂贵
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
玻璃钢管：轻便，耐腐蚀，但强度 较低
塑料管：轻便，价格低廉，但耐腐 蚀性较差
海洋立管应用场景
海洋石油和天然气开 采
海洋观测和探测
海洋工程设施
海洋科学研究
海洋立管设计原理
第三章
设计原则
海底管线课程设计
海底管线课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解海底管线的概念、分类及在海洋开发中的作用；2. 掌握海底管线的结构、材料及施工技术；3. 理解海底管线对海洋环境的影响及保护措施。
技能目标：1. 能够分析海底管线的优缺点，并针对特定场景选择合适的管线类型；2. 能够运用所学知识，设计简单的海底管线施工方案；3. 能够运用海底管线相关知识，解决实际问题，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对海洋资源开发与保护的关注，增强环保意识；2. 培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力；3. 激发学生对海洋工程领域的兴趣，培养未来海洋工程技术人才。
本课程针对八年级学生设计，结合学生年龄特点和学科知识，注重理论知识与实践技能的结合。
通过本课程的学习，使学生能够掌握海底管线的基本知识，提高解决问题的能力，培养环保意识和团队协作精神，为未来海洋工程领域的发展奠定基础。
二、教学内容1. 海底管线概述- 海底管线的定义、分类及发展历程；- 海底管线在海洋开发中的应用及重要性。
2. 海底管线的结构与材料- 管线的结构设计、强度计算；- 常用管线材料的特点及选用原则。
3. 海底管线施工技术- 施工前的准备工作；- 施工方法、设备及其操作；- 施工过程中的质量控制与安全措施。
4. 海底管线对海洋环境的影响- 海底管线对海洋生物、水质及海底地形的影响；- 管线泄漏、断裂等事故的危害及防范措施。
5. 海底管线保护与维护- 海底管线的监测与检测技术；- 防腐蚀、防磨损等保护措施；- 故障排查与应急处理方法。
本章节教学内容依据课程目标，结合教材第十章“海洋工程”相关内容，系统介绍海底管线的基本知识、施工技术以及对海洋环境的影响。
通过本章节学习，使学生掌握海底管线相关知识，为实际应用奠定基础。
教学内容安排合理，注重理论与实践相结合，有利于提高学生的知识水平和实践能力。
三、教学方法本章节采用多样化的教学方法，旨在激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
Chapter 5 海洋管道的安装与施工
5.1.2海上钢平台的立管安装
1.平台装有预装构件
（1）直接牵引法 正向牵引：从海洋平台把牵 引钢缆通过J形管将海底管道 硬拉过J形管。 反向牵引：从海底管道与立 管连接处进行
（2）铺管船辅助安装法 由潜水员将通过J形管的钢缆系在离平台100多米处的铺 管船拖管架的拖管头上，然后从平台上牵引，铺管船逐渐 放松管子，可将管道拉过J形管而成立管。 在铺管船安装完立管后，以此为铺管的始端，继续进行 铺管。立管直径不宜大于500mm.
2.平台没有预装构件
浅水立管的安装： 先将管道吊出海面， 与立管弯头对焊成一体， 呈L形。 焊形在驳船上进行， 用专门的管卡和定位对 中装置，以确保对口的 焊接质量。 对对焊接头加工完毕， 把连成一体的L形立管吊 起徐徐放入海底，并用 管子卡将立管固定在平 台腿柱或弦杆上。
2.平台没有预装构件
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5.2.3 围堰法铺设管道及立管
围堰法铺设
通过围堰铺设管道时，不受波浪海流等环境荷载影响， 施工过程简便。 但围堰修建时施工难度较大，费用很高，工程量大， 工期长。
5.2.4 安装设备概述及安装实例 安装设备概述
5.2.4 安装设备概述及安装实例
安装实例－拖曳方法
某拖曳安装工程：2000 年在北海挪威海域实施的一个集束 立管系统工程。对于其它采用拖曳方法安装的管道和立管都 是完全适用的。 集束立管系统在工厂制 造和测试，使用了20 个扁 平封装排列装配，包括均 匀分布在全部立管长度上 的浮箱。
5.2.2 铺管船法铺设管道及立管
铺管船铺设法
普通船型式铺管船吃水深度相对较深，适合需要承载 较重设备或高起吊力时使用。 半潜式铺管船通常是非自航式，但也可采用动力定位 系统。半潜式铺管船船型巨大，作业线多设置在船的中 央，其最大的特点就是稳定性强，可以在比较恶劣的环 境中以及深海海域施工作业。
10第五章海洋管道的立管设计01
应做防环境荷载设计
内立管
可避开外环境荷载的作用 和影响
中国海洋大学 中国海洋大学 海工系张兆德
4
立管形式
重力式平台内 立管
将海洋管道拖拉进海 上平台预留的腿柱内
上岛立管
在离岛一定距离设置 立管的防护架,立管 通过防护架上岛
5
5.1.1B 登陆立管的形式
锚杆锚固的登陆立管
对于海床稳定,坡度平缓的 岸滩,登陆管段可直接顺岸 坡铺设.由于管段受波,流 的作用,为使管段稳定,可 以埋设或用锚碇或锚杆将管 段锚固.
5.3.3浅海登陆上岛立管的安装
1.浅海登陆上岛立管的安装
对大多数非岩基的平缓岸滩,多采用挖沟埋放办法用绞 车牵引管道,使其海底拖入管沟. 当岸滩为基岩或砾石时,可采用爆破法施工,之后用底拖法将牵引 管段牵引入沟,牵引定位,然后用压块,锚杆或用护管堤等措施稳定 立管.
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2.人工岛立管的现场安装 一般人工岛是堆砌或用回填土形成的,在建岛时预留装 立管的通道,这可按内立管的安装方法进行安装,当岛心 回填土已经固结时,可从岛上钻定向井缜密控制钻头出土 点使之与海底管道连接点相交,定向钻的钻井孔将成为牵 引立管上岛的通道.为防止井孔坍塌堵塞,在井筒内的冲 洗管出土后,就可抽回钻杆,在冲洗管出土端接上扩孔器 及要上岛的立管,回拖冲洗管而将立管拖引至岛上.也可 在钻内的井孔内先下套管并固井,作为上岛立管的保护套 管,现装立管可能破坏岛体的完整性.
12
5.1.1G深水立管结构型式示例
13
示例一,墨西哥湾Horn Mountain-TTR
水深:1653m 立管:14个TTR,2个SCR
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示例二,墨西哥湾Na Kika-SCR
水深:
海底管道课件
PIPELAY
It can carry out rigid pipelay (reeling) of up to 5,500t of 4in to 18in pipe or 4,000t of 4in to 26in rigid pipelay. Three cranes assist operations.
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1.3 海洋管道工程术语（续）
9 管道安装期（施工状态）：全部安装 完成前的各种状态，如运输、吊装、拖 曳、铺设、埋置及检修测试等。 10 管道运行期（在位状态）：管道安装 完成后的状态，包括运行和维护状态。 11 约束管道 受固定支座或管道与土壤摩 擦力的约束，而在轴向不能膨胀或收缩 的管道。 12 非约束管道 没有相应轴向约束的管道。
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1.3 海洋管道工程术语（续）
5 一区：距生产平台500m以外的海床地段 二区：距生产平台500m以内的海床地段 6 设计高/低水位：历史累积频率1%/98%的潮 位（或高潮累积频率10%/低潮累积频率90% ） 7 校核高/低水位：重现期为50一遇的高/低潮 位。 8 飞溅区：以高天文潮位加上100年一遇波高 的65%为上限，以低天文潮位减去100年一遇 波高的35%为下限的海平面区间。飞溅区以上 为大气区，以下为淹没区。
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1.4 海洋管道工程设计
1.4.3 海洋管道工程的环境设计准则
1、波高 2、波浪周期 3、波谱 4、海底水平流速 5、地基的稳定性 6、管线埋深，应考虑： 1）由锚和船可能造成的破坏； 2）在暴风条件下因土壤液化而确定不稳定埋深； 3）海底潮流引起的土壤冲蚀； 4）由管线和潮流的相互作用而引起的局部冲刷。 28
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S-Lay
S形铺设方法，适用于浅近海(10-450米) 。 管道在下海过程中呈S形变形曲线。
深水开发中的海底管道和海洋立管
（一） 引 言
图1 巴西深水开发趋势
近年来，深海开发中的油气勘探和生产活动大大增加，与几年前相比水深增加了一倍。海洋工业正在更深 的海域中建造生产系统，更多地采用新技术并较大程度地发展现有技术。这是世界上海洋石油天然气工业 发展的总趋势，如墨西哥湾（GoM）、西非（WoA）、巴西和北海。图1所示为巴西的深水开发趋势，从 中可以看出油气开发海域正变得越来越深。这也是中国海洋工业的实际情况。回溯到60年代末期，当海洋 工业刚从渤海湾起步时，该地区典型水深约为20米。到了80年代末期，在南中国海的联合勘探和生产开始 在水深100米到400米的范围内进行。最近的勘探活动显示在南中国海水深约600米处发现了油气资源。油
2004-3-22
文章编号
页码，3/17
图4 管道种类－单壁管道、PIP和集束管道
图3 海底管道定义
除去按管道的用途划分还有几种不同的分类方法。一种常见的方法是按管道横截面的结构分类，即单壁管 道、管中管管道（PIP）和集束管道，如图4所示。
单壁管道是最普通的，在海洋和岸上都有广泛的多用途应用。它能用于输出、油田生产/测试、注水 等。
管中管和集束管道系统的主要特征是管道具有同心的内管和外管。内管或套管内的管道运输生产的流 体并且绝热，同时外管（或承载/外套管管道）提供机械保护。
许多最近在北海和墨西哥湾发现的高温高压（HP/HT）的油藏使用管中管和集束管道系统作为现有平 台海底回接管道的一部分，特别是在有很高的绝热要求时。不仅油藏条件越来越苛刻，管道的绝热要求可 以预防在产品沿管道冷却时蜡状物和水合物的形成。这种类型的生产管道也广泛地用于中国海域，如渤海 湾。
不管海洋油田开发采用何种浮式方案，都需要使用管道/生产管线和立管，它们是海洋基础结构的关 键组成部分。管道和立管是深水开发比较复杂的方面，如图2所示。
课程设计实例-海底管道立管
前言经济的高速发展必然带来能源的大量消耗，寻求廉价而供应充足的能源已经成为各国经济发展的重大问题。
科学技术的发展的现状表明：太阳能、地热能利用和开发还处于初级阶段，在能源消耗总额中占的比重也很少；核能正在发展，所占的比重正在逐渐提高，但也受到技术水平、铀矿资源的限制；在核聚变能量被工业大量实际应用以前，石油天然气等燃料仍然是社会使用的主要资源；而石油由于比较容易开采、运输和利用，就必然成为现代国民经济的重要支柱。
世界上大量的政治、军事、经济的运动都是围绕石油问题进行的。
勘探表明，在大陆架的39%地区含有油气构造，其储量占全世界石油的30%~40%。
而美国的墨西哥湾、欧洲的北海、西亚的波斯湾、北非海域以及南中国海域、渤海海域都已成世界各国开发海洋石油资源的重要场所。
目前在各大洲大陆架的不同工作水域有各种类型的近海工程结构物，主要应用于海底油气资源的勘探和开发。
海洋立管是浮式海洋平台与海底井口间的主要连接。
作为海面与海底的一种连接通道，它也可用于固定式平台及勘探船。
下端通过万向节与海底井口连接，其上端与平台或船舶底部的滑移节配合，这样，平台或船舶在波浪作用下发生任何可能的运动时，立管有足够的运动自由度随之运动，并在平台或船舶发生垂直震荡是改变其长度。
立管本质上有两种，即刚性立管和柔性立管。
海洋立管具有多种可能的结构，如顶张力立管（TTP）、自由悬挂的钢悬链线立管（SCR），惰性S立管，陡峭型S立管，惰性波浪立管、陡峭型波浪立管等。
立管的设计应该满足实际的海洋环境载荷，小直径的立管通常被固定在隔水套管中，海洋环境在核对其影响较小。
较大直径立管科直接由平台支持置于海洋环境载荷中，此时，立管将同时承受内流体流动的作用和管外海洋环境载荷作用。
立管所承受的海洋环境载荷主要有风、浪、流、冰和地震载荷等，其中波浪和海流是最重要的海洋荷载。
并且受水流作用的工程结构都有可能发生涡激振动。
目前海中立管的动力设计计算并不考虑内流体的流动作用，这样设计是不合理的，也是不安全的。
海洋管道课程设计方案模板
一、课程名称海洋管道技术与应用二、课程目标1. 了解海洋管道的基本概念、结构、类型及其在海洋工程中的应用。
2. 掌握海洋管道的施工技术、维护保养及故障处理方法。
3. 培养学生团队协作、创新思维和解决实际问题的能力。
4. 增强学生对海洋工程领域职业的认知和兴趣。
三、课程内容1. 海洋管道概述- 海洋管道的定义及分类- 海洋管道在海洋工程中的应用2. 海洋管道的结构与材料- 海洋管道的结构组成- 海洋管道常用材料及其特性3. 海洋管道施工技术- 海洋管道的预制和运输- 海洋管道的铺设与连接- 海洋管道的焊接与防腐4. 海洋管道的维护保养- 海洋管道的日常巡检- 海洋管道的维护保养方法- 海洋管道的故障处理5. 海洋管道的应用案例- 油气输送管道- 水下输电管道- 海底通信管道四、教学方法1. 讲授法：系统讲解海洋管道的基本概念、结构、材料、施工技术等理论知识。
2. 案例分析法：通过实际案例，让学生了解海洋管道在不同领域的应用。
3. 实践操作法：组织学生进行海洋管道的模拟施工、维护保养等实践活动。
4. 小组讨论法：引导学生分组讨论，共同解决实际问题，培养团队协作能力。
五、教学资源1. 教材：《海洋管道技术与应用》2. 辅助教材：相关海洋工程领域的书籍、论文、报告等3. 实践教学设备：模拟海洋管道施工、维护保养等设备4. 网络资源：海洋工程领域网站、论坛、视频等六、教学进度安排1. 第1周：海洋管道概述2. 第2-3周：海洋管道的结构与材料3. 第4-5周：海洋管道施工技术4. 第6-7周：海洋管道的维护保养5. 第8-9周：海洋管道的应用案例6. 第10周：课程总结与复习七、考核方式1. 平时成绩（30%）：包括课堂参与、小组讨论、实践操作等2. 期末考试（70%）：包括笔试、实际操作考核等八、课程特色1. 注重理论与实践相结合，提高学生实际操作能力。
2. 采用案例分析法，让学生深入了解海洋管道在不同领域的应用。
海洋管道课程设计思路图
海洋管道课程设计思路图一、课程目标知识目标：1. 让学生了解海洋管道的基本概念、结构及功能；2. 掌握海洋管道在我国海洋资源开发中的应用及其重要性；3. 了解海洋管道施工、维护及保护的相关知识。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析海洋管道在实际工程中的问题，并提出解决方案的能力；2. 提高学生查阅资料、整理信息、进行小组合作的能力；3. 培养学生运用现代技术手段，如CAD软件绘制简单海洋管道设计图的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对海洋资源开发与保护的关注和责任感；2. 激发学生对海洋工程领域的兴趣，培养其探索精神和创新意识；3. 增强学生的团队合作意识，培养其尊重他人、善于沟通的品质。
本课程针对初中年级学生，结合海洋管道的学科特点，以实用性为导向，注重理论与实践相结合。
课程旨在帮助学生建立对海洋管道的基本认识，提高其解决实际问题的能力，同时培养学生的情感态度价值观，使其具备关注海洋资源开发与保护的责任感。
通过分解课程目标为具体的学习成果，为教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 海洋管道基本概念：介绍海洋管道的定义、分类及其在海洋资源开发中的作用；参考教材章节：第一章第一节2. 海洋管道的结构与功能：讲解海洋管道的组成结构、工作原理及功能特点；参考教材章节：第一章第二节3. 海洋管道施工技术：分析海洋管道的铺设、连接及施工过程中的关键技术；参考教材章节：第二章第一节4. 海洋管道维护与保护：探讨海洋管道在日常运行中的维护方法、常见问题及保护措施；参考教材章节：第二章第二节5. 海洋管道在我国的应用案例：分析我国海洋管道工程的成功案例，了解其在海洋资源开发中的贡献；参考教材章节：第三章6. 海洋管道环境保护：讨论海洋管道建设对海洋环境的影响及环保措施；参考教材章节：第四章7. 海洋管道设计实践：运用CAD软件，指导学生绘制简单海洋管道设计图；参考教材章节：第五章教学内容根据课程目标进行科学性和系统性的组织，以教材为基础，结合实际教学需求，制定详细的教学大纲。
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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”
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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)
? 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
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)
? 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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? 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。
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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 ,
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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适合于深水的平台
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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。
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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? 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。
? 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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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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? 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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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。