第三章海底管道

CM
D2 / 4
dv dt
需确定的参数有： CL ,CD ,CM
ve2
,
dv dt
CL ,CD ,CM
• 需要通过实验确定 • 问题：这些系数的大小与实验条件、选取的波浪
理论、管道位置、水深、管道表面粗糙度、雷诺 数、柯立根-卡本特数K等有关——实验数据分散 • 可采取经验的方法——根据雷诺数选取推荐值
• 海流对于管道稳定性的影响主要是通过其对海 底沉积物的作用，尤其当管周是非粘性土时， 海流会引起土体冲蚀，进而影响管道稳定性。
3、动水作用力
• 海水对海底管线的作用力：
Morison公式
– 垂直力（升力）
FL
1 2
CL Dve2
– 水平力
• 速度力（阻力） • 惯性力
FD
1 2
CD Dve2
FI
国内典型起重铺管船装备
凯撒 我国首艘超深水海洋铺管船
铺管方式
第三章 海底管道
• 联系海上油气田油气集输与储运系统及 整个石油工业系统。
• 联系远洋油轮与陆上储运系统。
浅海开发
导管架式平台
平台设于导管架的顶部，整体结 构刚性大，适用于各种土质，但 其尺度、重量随水深增加而急剧 增加，在深水中的经济性较差。
典型深海海底油气开采 FPSO（Floating Production shortage and Offloading）
当稳定压块间隔地盖压在管道上时， 每个稳定压块的重量
KV lFL KV lC FL NBPl
Q02
K
H
l
FI
FD
FLl
KH lC
FI FD
FLlC
N BPl
取二者之最大值
3-2 海底管道及其铺设
• 海底管道的结构形式 • 海底管道工程的特点 • 海洋平台、铺管船及铺管方式 • 载荷条件 • 海底管道的相关标准和规范 • 结构设计中的难题
ve2
,
dv dt
边界层中（深度与海底不平程度和水流雷诺数
有关，常取海床上1米范围）水平水粒子速度与深度
的关系为：
v
(
y
1
)7
v0 y0
有效速度
ve2
1 D
D v2 ( y)dy
0
ve2 0.778v02 (D y0 )0.286
v0：在高度y0处水平水粒速度的测量 值或计算值， m / s
浮式生产、储油、卸油船
机动性和运移性好，具有 适应深水采油的能力，在深水 域中较大的抗风浪能力、大产 量的油气水生产处理能力和大 的原油储存能力。
从左到右依次是导管架式平台，自升式平台，半潜式平台，钻井船，张力腿平台。
近海油轮码头
单点系泊 Single Point Mooring(SPM)
多点系泊 multipoint mooring
海底管道的结构形式
• 单层管 • 双层管（管中管） • 管束 • 立管
管中管，管束
HPDE Jacket, Insulation, Inner pipe
Bundle
挠性立管（Flexible Riser）
海底管道工程的特点
• 施工投资大：铺管船、开沟船和10余只辅助作业 的拖船组成的庞大的专业船队等
海床上保持稳定的管道须满足的方程
WP BP FL N 0 R f N FI FD
即
WP BP FL FI FD
令
NBP WP BP KV FL
竖向稳定系数，
负浮力
N BP
K H
FI
FD
取1.05-1.1
FL
水平方向稳定系数，
取1.10-1.15
三、保持海底管道的稳定性的措施
讲解内容： • 波浪、海流对管道的作用 • 海底管道的稳定性条件 • 保持海底管道的稳定性的措施
一、波浪、海流对管道的作用
1、波浪
波浪的各种参数：波长L，波高H，水深d
根据水深的不同将管道划分为三个区段
浅水区和过渡区波形会发生变 化、破碎，波长、波高、甚至
波的方向也会变化
波浪对于海底管道稳 定性的影响主要应考虑深 水区以外的浅水区域。
马鞍形稳定压块
• 各种马鞍形稳定 压块，根据断面 形状不同有如下 几种：例如，矩 形、梯形，拱形 等等。
• 坡侧方向的阻力 小，稳定性好
wk.baidu.com 稳定压块的设计与计算
当稳定压块在管道上连续盖压时，它的重 量（单位长管道上的压块水下重量）可为
KV FL NBP
Q01
K
H
FI FD
FL
N BP
取二者之最大值
• 施工质量要求高：维修困难 • 施工环境多变：海况变化剧烈、迅速 • 施工组织复杂：管道的预制，船队的配件、燃料
和淡水的供应等（海陆联合组织）
国内典型起重铺管船装备
蓝疆号 3800t
国内典型起重铺管船装备
华天龙 4000t
国内典型起重铺管船装备
海洋石油202号 我国首艘自主研制的起重铺管船 浅水1200t
1-系泊浮筒 2-系缆绳 3-海底管线
本章内容
• 3-1海底管道的稳定性分析（静态） • 3-2海底管道及其铺设
3-1 海底管道稳定性分析
• 维持管线稳定性是铺设海底管道的一个重要要求。 • 海底管道可能会因悬空、受力不均匀、横向位移等因素发生破
坏甚至断裂。 • 影响因素：海流、波浪、管周土体性质及液化、安装过程等。
深水区对波形和 尺寸无影响
波浪理论的选择
• 线性波（Airy）
（描述小振幅振荡波性质）
• 斯托克斯波
（描述大振幅振荡波性质）
• 椭圆余弦波
（用来描述长的、有限振 幅的波在浅水中的传播）
• 孤立波
（不能振荡的和不呈现波 谷的波）
2、海流
• 海流，是指由不同原因所产生的各种类型的海 水合成流动。包括涨落潮流、风海流等。
二、海底管道的稳定性条件
作用力：
• 动水作用力 • 管道总重量 • 浮力 • 摩擦力
作用力的计算
管道总重量 WP
• 钢管重量 WSP • 内、外防腐绝缘层的重量WSC
• 混凝土防护加重层的重量WC • 介质的重量 W0
WP WSP WSC WC W0
浮力
BP
4
D02 w
摩擦力
R f N
• 稳定性设计
– 增加管道配重
• 加大钢管的壁厚——不经济 • 加重混凝土涂层的重量——增大浮力
– 稳定压块 – 埋设——尽可能埋置于海底面以下 – 机械锚固 ——遇有岩礁或坚硬土层，可利用
锚杆将管道与岩盘基础锚固在一起
稳定压块型式
铰链式稳定压块
• 铰链式稳定压块， 它能比较容易地在 管子上保持其自身 稳定的位置，安装 时水下可以张开， 安装比较容易。但 加工制作和压块组 装困难，成本比较 高，因而使用较少。