海底管道悬跨维护技术研究
海底管道悬跨段流致振动实验研究及涡激力模型修正
第24卷第12期 V ol.24 No.12 工 程 力 学 2007年 12 月 Dec. 2007 ENGINEERING MECHANICS153———————————————收稿日期：2006-03-25：修改日期：2006-07-16基金项目：国家自然科学重点基金资助项目(50639030)；教育部博士点基金资助项目(20050423002)作者简介：*黄维平(1954)，男，浙江人，教授，博士，博导，主要从事海洋工程研究(E-mail: wphuang@)； 王爱群(1955)，男，山东人，教授，学士，主要从事水利学试验研究(E-mail: ghaq@)；李华军(1962)，男，山东人，教授，博士，博导，院长，主要从事海洋工程研究(E-mail: huajun@).文章编号：1000-4750(2007)12-0153-05海底管道悬跨段流致振动实验研究及涡激力模型修正*黄维平，王爱群，李华军(中国海洋大学海岸与海洋工程研究所，青岛 266071)摘 要：对输送液体的模型管道进行了涡激振动试验研究，试验结果表明：当理论涡脱频率与管道的固有频率不一致时，作用在振荡管道上的涡激力并非简谐扰力，而是具有一定带宽的窄带随机扰力。
因此，管道的涡激振动响应也是一个随机过程。
当理论涡脱频率与管道的固有频率接近时，管道的涡激振动响应逼近简谐振动。
试验结果也表明：作用在振荡圆柱体上的涡激力频率不仅是流速和圆柱体直径的函数，也是圆柱体固有频率的函数。
关键词：海底管道；涡致振动；试验研究；斯特罗哈频率；涡激升力 中图分类号：TU311.3 文献标识码：AEXPERIMENTAL STUDY ON VIV OF SPAN OF SUBSEA PIPELINEAND IMPROVED MODEL OF LIFT FORCE*HUANG Wei-ping , WANG Ai-qun , LI Hua-jun(Institute of Coastal and Offshore Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266071, China)Abstract: Tests for the vortex-induced vibration (VIV) of the models of subsea pipeline with internal flow have been carried out. The results show that if there is a big difference between vortex shedding frequency and natural frequency of cylinder, the lift force acting on oscillating cylinder is a stochastic force with narrow bandwidth and if there is a little difference between them, the response of models is periodic oscillation. It is also revealed that the frequency of vortex shedding on oscillating cylinder will change with not only the velocity of fluid and the diameter of the cylinder, but also natural frequency of the cylinder.Key words: subsea pipeline; VIV; experimental study; Strouhal frequency; lift force浅海石油开发中，由于海底冲刷而导致海底管道出现悬空现象常常困扰油田的安全生产，悬跨段的流致涡激振动将引起管道的疲劳破坏。
海底管道悬空成因及防治措施
２ ． ２ － ２水平 管道 下方 的冲刷 海 底 管 道 冲 刷 开 始 于管 道 与 海 床 面 之 间 的水 流 隧道 。 对 于部分 埋置 的管道 来 说， 这 种水 流 隧道可 以 因管 道 两侧 存在 一
柱 周 围引起 压力 分 布 的变化 ， 使 圆管产 生 与流 向正交 的振 动 力 ， 当该 力 的振 动频 率 与 管结 构 的振动 频 率接 近 时 ， 会 使海 底 管 道 产 生 共振 ， 其 管道 振 幅 急 剧加 大 ， 若 振
的方案 。
关 键词 ： 海底 管道 ； 管 线悬 空 ； 防 治措 施 ； 冲刷机 理 ； 仿生 水草
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ８ ３ ２ 文献标 识码 ： Ａ
１ 概述
海 底 管 道 是海 上 油 田生 产 系 统 中的 个 重 要组 成部 分 ， 维护 海底 管 道 的安 全 是保 证 安 全 生 产 和保 护海 洋 环 境 的 重 要 环节 。以胜利 埕岛 油 田为 例 ， 截至 ２ ０ ０ ７ 年 １ ２月 ， 已 建 成 海 底 输 油 管 道 ７ ６条 １ ４ ４ ． ４ ｋ ｍ，这 些 复杂 的海 底管 网肩负 着 埕 岛油 田原油外 输 的重要 使命 。 但 由于 埕岛 油 田地 处黄 河 口滩海 交 界 地带 ， 场 区海 洋 动力 、 浅层工程地质 、 海 底 动力 地貌 条 件 十分 复杂 ，造成 该 海 区大 面积 区 域 冲刷 ， 特 别是 在平 台附近 ， 再 加 上 由于导 管 架存 在 引起 的局部 冲刷 ， 造 成 海底 管道 立 管底 部附 近出现 悬空 现象 。 这 种 非设 计悬 空 ， 给 管道 带来 严 重安 全 隐患 ， 海流 在流 经 管道 时将 对 管道 产 生 作用力 ， 一旦 海 流 达 到 一定 的流 速 ， 管道 将 产 生涡 激振 动 ， 当 管道 悬空 超 出其 允许 长度 或者 振 动达 到一 定程 度 ， 都 可能 产 生 破坏 及泄 漏等 。 本 文根 据胜利 埕 岛油 田为 海底 管道 悬跨 的 现状 ， 就 悬 空 的成 因和 破 坏 的机理 进 行系 统化 分 析 ， 对 海 底管 道 悬 空危 害进 行 了评 估 ， 并对 海 管悬 空 治理 的 各种 方案 进行 比对 。
海底管道悬跨修正方法
增刊 ２
中
田
造
船
Ｖｏ ． ２ Ｓ ｃ ａ １ ｐｅ ｉ ｌ ５ ２ Ｓ ｐ ２０ Ｉ ｅ ． １
２ｌ Ｏ １年 ９月
Ｓ Ｉ Ｂ Ｌ ＮＧ ＯＦＣｆ ＮＡ Ｈ Ｐ ＵＩＤＩ ｔ ｌ
文 章编 号 ： １０ —８２２ １）２０ ２ —８ ０ ０４ ８ （０ Ｓ —２ １０ １
（ ）抛石法 １
抛 石法 既适用 于新 建海 底管道 ，也 适用 于 已建海 底管 道 ，既适用 于悬 跨修 正 ，也适 用于海 底管 道 稳 定性 保护 。实施 抛石 前需 要准确 确定 抛石 位置 及抛 石量 。抛 石通常 由专 用 的抛石 船完 成 ，抛 石船 的 甲板上 必须 有足够 的 空间 以装载不 同级 配碎石 块 ，抛 石 由专 门 的悬 挂于 水面 的落 石管 路进 行 ，用 于抛 石 的落 管底 部通常 装备 一个 Ｒ Ｖ。为 了更 好地完 成 抛石工 作 ，抛 石船 上通 常 配备动 力定位 系 统 。图 ４ Ｏ 是 正在 建造 的第三 代最 大 的 Ｆｉｔ ｏ ｅ抛 石船 ，该 船配 有 Ｄ ２级动 力 定位 ，航速 达 １ｋ ，能够装 载 ｌ ｓｎ ｎｔ Ｐ ５ｎ １０ ０ 碎石 ，适用 最大 水深 为 ２ ０ ｍ，拟于 ２ １ 年 ３月底 建成 。 ９ ０ｔ ００ ０ １
白航式 耙吸 挖泥 船 、带输泥 管线 的铰 吸挖 泥船 、铲 斗挖 泥船 和抓 斗挖泥 船等 。 在 Ｏ ｍｅ ａ ｇ ｒ ｎ Ｌ ｎ ｅ项 日沿 海底 管道路 山坡 度较 陡 、抛石 无法 实施 的 区域 ，采用疏 浚／ 掘 法进 行海 ｛ 宅 床 预 处理 ， 浚 由 Ｎｅａ ｓ 司 的 ２台 Ｓ ｉｅ 完 成 ， 掘 由 Ｈａ ｉｕｔｎ公 司 的 ＪｔｒＤｃ ａ Ｃ ｔ ｒ 疏 ｘｎ 公 ｐｄｒ 挖 ｌｂ ｒ ｌ ｏ ｅ ｏ ／ ｌ ｕｔ 完成 。 Ｐ ｖ ｅ
海底管道悬跨原因及防护探究
海底管道悬跨原因及防护探究
陈祎;李硕鹏;王超;薛强;谭克杨;彭进
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】2024(27)5
【摘要】海底管道悬跨是海底管道工程中的一项重要挑战,其对管道的安全和可靠性运行造成严重威胁。
本论文旨在研究海底管道悬跨的原因和防护措施。
首先,分析了泥沙冲刷,沙波沙脊等因素导致海底管道出现悬跨现象。
其次介绍了多种防护措施,包括砂袋回填、混凝土压块、复合柔性防护垫等,总结了各种防护措施的优点和局限性。
通过防护措施之间对比,以期本研究对于海底管道工程的设计和维护具有参考价值。
【总页数】4页(P10-12)
【作者】陈祎;李硕鹏;王超;薛强;谭克杨;彭进
【作者单位】中海油能源发展装备技术有限公司;中国石油大学
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
【相关文献】
1.基于SAGE的海底悬跨管道后挖沟治理分析
2.自由悬跨分析在海底管道维修中的应用研究
3.腐蚀条件下的海底悬跨管道振动分析
4.内输高温高压流体海底悬跨管道的非线性涡激振动响应分析
5.海底管道临界悬跨长度及受力分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
海底管道悬跨处理及抑制工程方法简介
1 沙袋支撑法
图3 仿生保护技术
4 沙袋填充及混凝土压块覆盖法
沙袋填充及混凝土压块覆盖法是对悬空管道进行沙袋 填充，确保管段底部填满沙袋，再用压块进行覆盖保护， 如图4所示。沙袋填充及混凝土压块覆盖法的优点是施工 工艺简单，管道无须停产，保护范围广。缺点是可靠性 差，易形成二次冲刷造成管道悬空进一步加大。
图1 沙袋过长而产生涡激振动，引起管道 疲劳断裂，可采用缩短悬空长度，设置水下桩支撑的方法 对海管进行支撑固定，如图2所示。该方法的优点是施工 简便，作业时管线无须停产，可靠性强。缺点是适用水深 小，成本高，保护范围小。
图2 水下桩支撑法
图4 沙袋填充及混凝土压块覆盖法
2017年第11期
科学管理
海底管道悬跨处理及抑制工程方法简介
雷震名 熊海荣 孙国民 戚晓明 张捷
海洋石油工程股份有限公司 天津 300451 摘要：本文对国内外海底管道悬跨处理及抑制工程方法进行了介绍，并分析了不同处理方法的特点及适用性，对海底 管道悬跨处理及抑制施工具有一定的指导意义。 关键词：海底管道 悬跨 处理及抑制 工程方法
参考文献 [1] 文世鹏，吴敏等 . 埕岛油田海底管线悬空治理探索
[J]. 研究与探讨，2008（7）：17-20. [2] 刘锦昆，张宗峰 . 仿生水草在海底管道悬空防护中
的应用 [J]. 石油工程建设，2009，35（3）：20-21. [3] 李士清等 . 海底石油管道防护技术研究 [J]. 中国海
海底输油管道悬跨的综合治理
海底输油管道悬跨的综合治理唐晓旭;胡国后【摘要】海底管道出现悬跨有多种原因,敷设过程中海床凹凸不平、建成后海流和海浪的冲蚀及管道变形等都有可能形成悬跨.悬跨给海底管道的正常生产造成了极大的安全隐患,目前海管悬跨治理措施主要有主动支撑法、加重法和降流促淤法等.海底管道悬跨的各种治理方法都有其各自优、缺点,在具体工作中应取其优势,尽量避免其不足之处.其中降流促淤的方法应属于治本之策,在施工条件适宜的情况下可以普遍推广应用.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2011(030)007【总页数】2页(P38-39)【关键词】海底管道;悬跨;主动支撑法;加重法;降流促淤法【作者】唐晓旭;胡国后【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司;中海石油(中国)有限公司天津分公司【正文语种】中文海底管道悬跨是指出现在海底管道上且与海床表面不直接接触的悬空段。
海底管道出现悬跨有多种原因，敷设过程中海床凹凸不平、建成后海流和海浪的冲蚀及管道变形等都有可能形成悬跨。
（1）平管下部差异性冲蚀。
凸起于海底的管线，必然造成管线附近流场的变化，局部的地形差异、管线外形的差异，均会在局部形成有利于水流淘蚀管线周围沉积物的小流场，形成冲蚀坑[1-2]。
管线下一旦有坑的存在，管线的束流作用必使流经管线下方的水流流速增大，冲蚀坑的规模和深度也会持续扩大，从而形成悬跨，而且悬跨的高度和长度会越来越大。
（2）海底沙波、沙脊的移动。
海底沙波、沙脊的存在受控于水动力条件和沉积物的粒度组成，由于活动的沙波、沙脊的存在，使管道处于不稳定状态，极易形成悬跨。
（3）其他原因。
海底管道悬跨的产生还有许多其他原因，比如构筑物的存在形成的局部冲刷，海床侵蚀引起的悬跨，立管支撑结构周期性震动产生的立管底部悬空，深水管道安装过程中张力增加造成的悬跨等。
海底管道悬跨的存在是海底管道安全运营的重大潜在隐患，如果悬跨达到一定长度，由于自身重力以及潮流冲击力的作用，管道变形和内部应力幅值将增大，在一定条件下，管道还可能产生涡激振动，严重时将导致管道断裂，给生产造成损失，同时带来环境污染。
海底管道悬跨治理方法
第一作者简介 ： 曲
杰（ １ ９ ７ ７ 一） ， 男， 大学 ， 工 程 师
研究方 向 ： 海底管道检测 、 评估与维修
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｑ ￣ ｉ ｅ ＠ｃ ｎ ｃ ｏ ｏ ｃ ． Ｃ Ｏ Ｈ １ ． ｃ ｎ ｆ
２１ ４
２ ０ １ ６年 １ ２月
曲
杰， 等： 海底管道悬跨治理方法综述
海 底 管 道 悬 跨 治 理 方 法
曲 杰 ， 倪 剑 ， 唐建 华 ， 娄 敏
（ １ ． 中海油能源发展装备技 术有限公 司， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ９ ； ２ ． 中国石油大学（ 华 东）石 油工程 学院， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ） 摘 要： 海底管道悬跨威胁着海上 生产 ， 造成悬跨 的原 因很多 。当出现悬跨后 ， 对海上资源的正常生产和
海洋环境存 在较大隐患 ， 因此 ， 采取有效的措施维护管道就 非常有必要 。对海底管道 悬跨 产生 的原 因和 治理
的方法进行 了综合阐述 ， 供技术人员参 考。
关键词 ： 海底管道 ； 悬跨 ； 治理 中图分类号 ： Ｐ ７ ５ ６ ． ２ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ６ ） Ｓ １ － ０ ２ １ ４ － ０ ３
船海工程 第４ ５卷
中， 从 而起 到支 撑 作 用 。但 是 对 于 海 床 变 化恶 劣
和严 重 冲刷 区域 ， 可靠 性 不高 ， 会 失 去对 海底 管道
有效 途径 。
３ ． ３ 降 流 促 淤 法
的支撑 作用 ， 再 次造成 管 道悬跨 。
１ ． １ 海床 变化 造成 的管 道悬跨
对管道 弯 曲变形 和管 道 自身振 动 频 率 的影 响 ， 对
海底管道悬空危害原因与及解决对策
海底管道悬空危害原因与及解决对策摘要:非设计悬空给管道带来严重安全隐患，海流在流经管道时将对管道产生作用力，一旦海流达到一定的流速，管道将产生涡激振动，当管道悬空超出其允许长度或者振动达到一定程度，都可能产生破坏及泄漏等。
本文根据油田海底管道悬跨的现状，就悬空的成因和破坏的机理进行系统化分析，对海底管道悬空危害进行了评估，并对海管悬空治理的各种方案进行比对。
关键词: 非设计悬空；海底管道悬跨；系统评估；方案比较复杂的海底管网肩负着油田原油外输的重要使命。
但由于油田地处黄河口滩海交界地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂，造成该海区大面积区域冲刷，特别是在平台附近，再加上由于导管架存在引起的局部冲刷，造成海底管道立管底部附近出现悬空现象。
1概述海底管道是海上油田生产系统中的一个重要组成部分，维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境的重要环节。
海底管道冲刷悬空现象给海上油田生产带来极大的安全隐患。
本文对海底管道悬空的现状、冲刷机理和破坏的形式及影响进行系统分析并在此基础上对各种治理方案进行比对。
2油田海底管道悬空原因2.1海底管道悬空现状打水下桩治理的犯处立管，除其中的10处立管悬空变化不大外，其余22端立管悬空长度均有不同程度的扩展，扩展了的管道悬空，已经对管道的安全构成了威胁。
2.2海底管道悬空原因分析2.2.1结构物附近的局部冲刷由于流经结构物的水流会在局部范围强化并产生高速旋转的旋涡，从而具有较高的冲刷(挟带泥沙)能力，可在局部范围内形成冲刷坑。
冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。
2.2.2水平管道下方的冲刷海底管道冲刷开始于管道与海床面之间的水流隧道。
对于部分埋置的管道来说，这种水流隧道可以因管道两侧存在一定压差形成管涌而产生。
当水流隧道形成后，管道两侧的压差使管道下的流速大于行近流速，从而引起管道下的冲刷。
根据设计院的初步分析，对于X426海底管道，考虑波流共同作用，管道底下最大可能冲刷深度达到0.72m。
海底管线悬空振动的研究现状
中
国
造
船
学 术论 文
图 １ 海 底 管 线 管跨 段 模 型
根据 目前海底 管线 的埋设形 式 ，其 形成原 因有 ： （） １ 直接 铺 设在 海床表 而 ，管线 的底 面与 海床表 面直 接接 触 。 （） 设 于海 底土壤 一定 深度 以下 ， ２埋
使 得海底 管线并 不与海 水发 生直接 的接触 （ 由海水冲 蚀海床 到 一定程 度形 成管跨 ） （） 。 ３介于前 两种接
５卷 １
增 刊 １总 第 ｔ１ ） （ ９期
中
国
造
船
Ｖ ． Ｓ ｐ ｌｍｅ ｔ１（ｅｉｌ ． ９１ ｏ１ ５１ ｕ ｐｅ ｎ Ｓ ｒ ａ Ｎｏ １ ）
Ａｕ ． ０ ０ ｇ ２ １
２ ０年 ８ 月 ０ｌ
Ｓ Ｐ ＨＩ ＢＵ Ｉ ＬＤＩ ＮＧ Ｆ ＣＨＩ Ａ Ｏ Ｎ
文 章 编 号 ： １０ —８ ２（０ ０ Ｓ ．０ ３０ ０ ０４ ８ ２ １） １０ １．５
海 底 管线 悬 空 振 动 的研 究 现 状
李 磊 １ 张 兆德 ， ２ ，
（ ．浙江海洋学院船 舶与建巩 － 学 院，浙江舟 山 ３ ６ ０ ； １ ｘｊ ． － ｅ ， １０ ０
２ ．浙江省（ 久和） 舶先 进制造技 术研 发 中心 、浙江省船舶工程重点 实验 室，浙江舟 山 ３ ６ ０ ） 船 １０ ０
（ 、
是管 道的漩
涡发放 频率 ； ＣＬ 是涡激 升力 系数 。
２ 管跨段 的理论研究
２１ 悬 跨段临 界跨长 的研 究 ．
海底 管道 在 内外 流体 以及 外 部环境 荷载 作用 下将 会 出现静 力及 动力 响应 问题 ，而管道悬 跨 的长度 又 是决 定管 道静 、动 响应程 度 的关键 因 素 。王维 川将 海底 管线 管跨 段 简化 为简 单 的梁式 结构 的力 学模 型 ，根据 冲刷模 型 发生共 振或 失稳之 前 ，管线 的最大工 作 应力 就达 到材料 的许用应 力 的状态 ，按 梁 的
沙坡区域海底管道悬跨处理方法研究
沙坡区域海底管道悬跨处理方法研究孙祥杰，于洪旭，胡春红，刘极莉，张世宽（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）[摘 要] 本文对沙波区域海底管道悬跨处理方法进行研究，并给出相应的方法可行性评估标准，为国内海上相关油气田区域开发提供一定参考。
[关键词] 沙波区域；悬跨处理；评估标准；海底管道作者简介：孙祥杰（1990—），男，湖北汉川人，硕士，工程师，主要从事海底管道设计与研究工作。
图1 VMP500犁式挖沟机在我国南海，沙质海床广泛分布，其伴随有强烈的底流，导致海洋油气开发经常遇到沙波现象，沙波对管线的铺设和安全存在不利影响。
首先，沙波引起的地形起伏对管线铺设造成困难，其次，如果沙波移动，会造成管线悬空，对管线在位安全存在不利影响。
在没有挖沟的情况下，海底管道经过沙波可能形成较大的自由悬跨，在这些悬跨处，海管在自身重力及工作荷载作用下可产生相应的静应力，再加上底流的动力作用，可能发生疲劳破坏。
本文主要对沙坡区域海底管道悬跨处理方法进行分析研究，给出相应的方法可行性评估标准，为国内海上相关油气田区域开发提供参考。
1 悬跨处理方法综述1.1 概述沙坡沙脊将导致海底管道出现悬跨风险，在设计过程中就要进行充分考虑并提出有效的处理措施。
海管铺设后部分悬跨不满足临时工况的悬跨要求，所以在铺管前就需要处理，即预处理；海管运行期对悬跨要求更加严格，在运行期之前，海管悬跨通常还需要处理，即后处理；对于一些大型和巨型沙坡，既需要预处理又需要后处理。
现将对沙波区域的海底管道悬跨处理方法进行详细介绍。
1.2 犁式犁式工具适用于处理大量海床，在海管悬跨处理中比较常用，通常由作业船拖在海床上，在挖沟的同时用机械装置把开挖出来的土体推到沟的两侧。
由于受海管尺寸、埋深和土壤条件等影响，挖沟犁可能有较大的重量和体积，经常根据一个特定项目的具体需求而定身打造，比较适用于埋深均匀的长输管道。
图1为VMP500犁式挖沟机。
1.3 喷射喷射工具能够在未胶结的沙土和一些粘土中开挖管道，它们适用于大容量跨度处理。
20311024_海底管道悬跨评估及成因分析与治理
!&&& # !&&& # * H G> D?,7
-
K?:!* 8 "* # (* H FI *L
L* FI"*L"-
WQ"G> FI"*L"-
(Q"G> FI"*L"-
'( D?,7
8 L* FI"*L"-
* - FI *L
WQ"'( FI"*L"-
得到该悬跨长度下的疲劳寿命后"评估该疲劳寿命是否满足设计寿命要求'
第S卷增刊
年 月 !%"*1 **
海洋工程装备与技术
T'/0U /UVGU//WGUV/XYG@Q/U. 0UP ./'&UT>TV9
Z6D4S"[ALLD4 U6O4"%"*1
海底管道悬跨评估及成因分析与治理
倪侃侃黄!俊!!
!中海油研究总院有限责任公司"北京*"""%5#
摘要!海底管道结构设计内容包含了管道的在位强度分析$稳定性分析$安装分析及自由悬跨分析'针对深水管
D! 引 ! 言
荔 湾 !)* 气 田 位 于 南 中 国 海 珠 江 口 盆 地 "距 香 港 东 南 约 !*"aK' 荔 湾 !)* 气 田 开 发 项 目 是 中 海 油及及其合作伙伴 &AIaM在南海海域的区域性天 然气开发项目"项目在深水区拟建由5套水下井口$ 东$西管汇及中心管汇等设施组成的水下生产系统" %条%%k海底管道"一条Sk乙二醇管道"在浅水区拟建 一座中心平台$一条!"k$%S"aK 油气混输海底管道'
海底管道悬跨评估及成因分析与治理
eo
fsubma
r
i
nep
i
l
i
nechange
sduet
ocu
r
r
en
ts
c
ou
r
i
ngo
ro
t
he
rf
a
c
t
o
r
s,
pa
yimpo
pe
wh
i
ch make
st
hep
i
l
i
nef
r
e
espan．Th
i
sphenomenoni
sc
a
l
l
edp
i
l
i
nef
r
e
espan．I
nt
h
i
spape
r,t
hef
道,管道的悬跨问题尤为重要.因海流冲刷或者其他因 素 导 致 海 底 管 道 应 力 状 态 发 生 改 变,使 得 管 道 出 现 了 悬 空
的状态,这种现象称之为管道悬跨.本文通过对已建管 道 的 悬 跨 数 据 进 行 研 究,通 过 相 应 的 计 算 分 析 对 管 道 悬 跨
状态进行评估.最后分析悬跨成因及提出防治措施,为海底管道悬跨治理提供参考.
r
e
ven
t
i
veme
a
su
r
e
sa
r
epu
tf
o
rwa
r
dt
op
r
ov
i
der
e
f
e
r
enc
ef
o
rf
海底管道铺设工程施工中的管道防腐与维护技术研究
海底管道铺设工程施工中的管道防腐与维护技术研究随着海洋石油开发的不断深入，海底管道的需求也随之增加。
海底管道作为海洋石油开发的重要组成部分，承载着输送石油和天然气等能源资源的重要任务。
然而，由于长期暴露在海洋环境中，海底管道容易受到腐蚀和损坏，因此管道的防腐与维护技术显得至关重要。
一、海底管道的防腐技术1. 防腐涂层技术在海底管道施工中，使用防腐涂层技术是常见的防护措施之一。
防腐涂层可以有效地保护管道免受海水中的腐蚀，延长管道的使用寿命。
目前，常用的防腐涂层包括环氧涂层、聚乙烯涂层和三层共聚物涂层等。
2. 阳极保护技术阳极保护是一种常用的海底管道防腐技术。
通过在海底管道表面连接阳极体，使阳极体和管道构成电化学电池，阳极体被腐蚀，从而保护管道不被腐蚀。
这种技术可以有效地降低海水中的电位，减少管道的腐蚀速度。
二、海底管道的维护技术1. 监测与检修技术海底管道的定期监测与检修是维护管道的重要环节。
通过使用无人潜航器、遥感技术等现代技术手段，可以对海底管道进行全面的巡检和检修，及时发现管道的腐蚀、破损等问题，并采取相应的维护措施。
2. 清洗与防结垢技术海水中的沉积物和结垢物质容易在管道内形成沉积物，对管道的正常运行产生不利影响。
因此，定期的清洗与防结垢工作是必要的。
常用的清洗和防结垢技术包括高压水射流清洗、化学药剂清洗和超声波清洗等。
3. 修复与更换技术当海底管道受到严重损坏时，修复与更换便成为必要的维护手段。
修复常采用的方法有局部疏通、外套管修复和撇灌技术等，而更换则是将受损的管道进行全面更换。
三、海底管道施工中的技术研究1. 管道防腐技术的改进研究目前，海底管道的防腐技术已取得了一定的进展，但仍存在一些问题。
例如，防腐涂层的附着力和耐腐蚀性有待提高，阳极保护技术仍面临着较高的成本和技术难题。
因此，需要进一步的研究和改进，提高防腐技术的效果和可靠性。
2. 海底管道维护技术的创新研究随着海洋工程技术的发展，海底管道维护技术也需要不断创新。
悬跨海底管道疲劳寿命分析研究
收稿日期:2009-04-01;改回日期:2009-05-05作者简介:徐进(1970—),讲师,研究生,主要从事油气储运工程方面的教学与研究工作。
E 2mail :xuxu jinjin @ 。
文章编号:1008-2336(2009)03-0080-05悬跨海底管道疲劳寿命分析研究徐 进,石兆东,张 康(承德石油高等专科学校,河北承德067000)摘 要:海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。
这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。
这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。
管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。
在建立管道振动模型和Matteoluca 尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。
依据Miner 线性损伤累积理论,采用S -N 曲线法分析计算管道疲劳寿命。
最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。
关键词:海底管线;海流力;疲劳寿命中图分类号:TE973 文献标识码:A doi :10.3969/j.issn.100822336.2009.03.080F atigue life analysis of submarine free spanning pipelineXu Jin ,Shi Zhaodong ,Zhang Kang(Chengde Pet roleum College ,Chengde 067000)Abstract :Free spanning could be formed on in 2service submarine pipelines.Vortex 2induced vibration creat 2ed by currents waves would lead to fatigue failure of pipelines.Vibration of a submarine pipeline is coupled by piping vibration and vortex wake vibration.On the basis of piping vibration model and Matteoluca vibra 2tor model ,dynamic response characteristics of vortex 2induced vibration was analyzed.On the base of Miner linear cumulative damage theory and S -N curve method ,the fatigue life of a free spanning pipeline was calculated.Recommended measures on prolonging fatigue life of submarine pipelines were given at the end of this article.K ey w ords :submarine pipeline ;current force ;fatigue life 随着海洋油气开发产业日益蓬勃,海底油气管道在近海石油及天然气的开采运营中得到广泛应用。
海底管道自由悬跨分析
摘 要：海底管道工程设计包含管道的强度分析、稳定性分析、自由悬跨分析等问题，在实际中，因淤泥质软粘土在波浪荷载作用
下，强度发生软化，使埋深其中的海底管道应力状态发生改变出现上浮或下沉，进而造成管道的悬跨，会使管道中应力增加，造成
工程事故，提出了在涡激条件下的悬跨的临界长度、悬跨段应力分析、悬跨段局部和整体屈曲分析计算方法，结合工程实例验证计
·６４·
第 ４４卷 第 ２０１８年
２８３期 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＡＶｕｏｌｇ．．４ ４２Ｎ０ｏ１．８２３
文章编号：１００９６８２５（２０１８）２３００６４０２
海底管道自由悬跨分析
马学东
（中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 ２５７０２６）
计算公式如下：
１．１ 涡激震条件下的自由悬跨临界长度
管线有效截面见图 １，计算公式如下：
（ σｘ ）２ ηｘｐ×σｘｃｒ
＋ηｙｐσ×ｙσｙｃｒ≤１．０。
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
Ｓｔｕｄｙｏｎｒｅｄｕｃｉｎｇｗｅｔｒａｔｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｐｏｕｒｉｎｇｓｕｐｅｒｌｏｎｇｐｏｏｌｗａｌｌ
从影响海底管道自由悬跨的安全与稳定性角度分析，进行涡 激震条件下的自由悬跨临界长度计算、自由悬跨长度下的应力分 析、自由悬跨临界长度下的局部屈曲分析以及自由悬跨临界长度
自由悬跨段管道应力分析过程中考虑的荷载条件如下：１）升 力（ＦＬ）；２）阻力（ＦＤ）；３）惯 性 力 （ＦＩ）；４）管 道 的 水 下 重 量；５）操 作系统；６）弯曲管段的预应力。
自由悬跨应力分析采用 ＣＣＳ—１９９２海底管道系统规范所述 的方法。自由悬跨应力分析过程中采用的公式如下：
海洋石油开发中的海底管道维护与修复技术
海洋石油开发中的海底管道维护与修复技术海洋石油开发一直是石油行业的重要领域之一，而海底管道作为石油运输的关键组成部分，在海洋石油开发中起着至关重要的作用。
随着海洋石油产量的不断增加和管道运输技术的不断发展，海底管道的维护与修复技术也日益受到重视。
一、海底管道维护海底管道维护是确保管道系统正常运行和延长使用寿命的重要措施。
在海洋环境中，海底管道容易受到海水侵蚀、海床沉积物积聚、生物腐蚀等因素的影响，因此需要定期检修和维护。
具体的维护措施包括：1. 定期巡视检查：通过潜水员或遥控设备对海底管道进行定期巡视检查，查看管道是否存在损坏、腐蚀或其他异常情况。
2. 清理海床沉积物：海底管道易受海床沉积物的影响，沉积物会增加管道的承载压力和摩擦阻力，影响管道的稳定性和流体运输效率。
因此，定期清理海底管道周围的沉积物是保证管道正常运行的重要环节。
3. 预防生物腐蚀：海底生物对海底管道的腐蚀是管道使用寿命的重要影响因素之一。
采用生物防护涂层或防腐保护措施，可以减少生物腐蚀对管道的影响，延长管道的使用寿命。
二、海底管道修复技术海底管道在使用过程中难免会遭遇意外损坏或泄漏等情况，因此海底管道修复技术也显得尤为重要。
常见的海底管道修复技术包括：1. 混凝土补修：对于管道的表面损坏或部分腐蚀，可以采用混凝土封覆补修的方法，将损坏部位进行修补，恢复管道的完整性和稳定性。
2. 缠绕补强：对于管道断裂或严重腐蚀的情况，可以采用纤维复合材料进行缠绕补强，增加管道的承载能力和耐压性。
3. 点对点修复：采用潜水员或遥控机器人进行点对点的修复，对具体的损坏部位进行局部修复，减少维修成本和影响管道运行的时间。
总的来说，海洋石油开发中的海底管道维护与修复技术对于保障海底管道系统的正常运行和安全稳定具有重要意义。
通过定期维护和及时修复，可以保证海底管道的安全性和可靠性，更好地满足石油运输的需求。
随着技术的不断发展和完善，相信海底管道维护与修复技术将会越来越成熟和先进，为海洋石油开发的可持续发展提供重要支撑。
海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析
海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析
海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析是指对海底管道悬跨段上的圆柱
绕流进行研究和分析。
海底管道悬跨段是指管道在跨越河流、海峡等水域时，由于地形的变化，管道需要悬挂在水面以上。
在这种情况下，管道上
的圆柱就会受到流体的影响，产生绕流现象。
海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析主要研究以下几个问题：流动的
稳定性、流场的结构和流动阻力。
首先，流动稳定性的研究是指研究流动
是否会产生剧烈的涡动、湍流等不稳定的现象。
其次，流场的结构的研究
是指研究流场的速度、压力和温度等物理参数的分布和变化规律。
最后，
流动阻力的研究是指研究流体对圆柱的阻碍力大小和分布情况。
在进行海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析时，需要考虑以下几个因素：流体的性质、圆柱的形状和尺寸以及流体与圆柱间的相互影响。
首先，流体的性质包括密度、粘度和黏滞性等参数，这些参数对流动的稳定性和
流场的结构有重要影响。
其次，圆柱的形状和尺寸决定了流体的流动方式
和绕流现象的特点。
最后，流体与圆柱间的相互影响是指流体对圆柱的阻
碍和摩擦作用，以及圆柱对流体的干扰和模糊作用。
综上所述，海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析是一个复杂的研究课题，涉及流动稳定性、流场结构和流动阻力等方面。
通过对这些问题的深
入研究和分析，可以对海底管道悬跨段上的绕流现象有更深入的认识，为
海底管道的设计和施工提供参考和指导。
悬跨海底管线动力响应试验与数值研究的开题报告
悬跨海底管线动力响应试验与数值研究的开题报告题目：悬跨海底管线动力响应试验与数值研究一、研究背景海底管线作为海洋深部油气资源开发的重要设施之一，承载着油气介质的运输及水下设备的安装。
然而，海洋环境的复杂性使海底管线受到各种扰动和影响，例如海流、波浪、海洋生物等因素，将导致管线的动力响应，严重影响其稳定性和使用寿命。
因此，对海底管线动力响应的研究对于提高其安全可靠性、延长使用寿命及高效开发海洋深水油气资源意义重大。
与传统研究方法不同的是，本研究将采用试验与数值模拟相结合的方法，通过悬挂管线进行实验探究管线动力响应规律，并使用数值计算方法进行验证和分析，旨在寻找管线的最佳设计和布局方案，为海底管线的安全可靠运输提供科学依据。
二、研究目的1. 通过海底管线悬挂模型的动态模拟试验，研究管线受到海流和波浪扰动时的动力响应特性，分析其受力、变形及运动规律；2. 构建海底管线的数学模型，对动力响应过程进行数值模拟，验证试验结果；3. 探究影响管线动力响应的主要因素，包括海流速度、波高、管线长度、管径、壁厚等参数对管线稳定性的影响规律。
三、研究内容1. 利用试验设备建造悬挂海底管线实验平台；2. 进行海流和波浪动态模拟试验，记录管线的运动轨迹、变形量及应力；3. 建立海底管线的动态数学模型，采用数值计算方法进行动态模拟；4. 结合试验结果和数值模拟分析，探究影响管线动力响应的主要因素，为管线的设计和布局提供科学依据。
四、研究方法1. 实验方法(1) 设计并建造海底管线悬挂模型，模拟海底管线的工作状态；(2) 利用自行研发的海流和波浪动态模拟设备对悬挂模型进行动态模拟试验；(3) 记录试验数据，并进行数据处理和分析。
2. 数值模拟方法(1) 建立海底管线的动态数学模型，采用有限元数值计算方法(2) 进行数值模拟，记录并分析管线的运动轨迹、变形量及应力。
五、研究预期成果1. 海底管线动态响应的掌握规律及机理；2. 影响海底管线稳定性的主要因素的分析及定量化；3. 海底管线稳定性优化设计和布局方案；4. 提高管线的安全可靠性，为海洋资源开发提供技术支持。
海底管道悬空处理技术探讨
NP1-3D/NP1-1D海底管道悬空处理技术探讨摘要：海底管线悬空是安全生产、环境保护的重大隐患。
在对海底管线悬空原因的分析的前提下，分析比较悬空段回填碎石悬空段回填碎石粗砂开挖方案、悬空段袋装粗砂支护开挖方案、悬空段水下短桩支护开挖方案，经过实践表明悬空段袋装粗砂支护开挖方案很好的治理了悬空问题，并获得较好的社会效益和经济效益。
关键词：海底管线海底电缆管道悬空悬空治理管道开挖1、NP1-3D/NP1-1D海底管道概况中国石油天然气股份有限公司冀东油田公司，计划开发南堡油田1号构造。
该构造地理位置位于河北省滦南县南堡乡西偏南4km浅水海域，距海岸线最近约1.0km。
开发模式采用半海半路式开发。
1号构造包括：NP1-5P井口平台、NP1-1D人工岛、NP1-2D人工岛、NP1-3D、1座陆岸终端、1座试验井场、1座35KV变电站。
海底管道的主要流程：来自NP1-1P、NP1-5P井口平台井流物分别经各自的海底混输管道输送至NP1-3D（3号人工岛），同NP1-3D流体混合后，再经NP1-3D 至NP1-1D海底油、气、水混输管道输送到NP1-1D号岛。
NP1-1D将提供注水用水，经NP1-1D至NP1-3D注水海底管道输至NP1-3D，满足NP1-1P平台、NP1-5P和NP1-3D注水要求。
2、海底管线问题的提出及原因分析冀东南堡油田1号人工岛和3号人工岛之间的海管海缆包括一条混输管道，一条注水管道，两条海底电缆，长度均为 6.4km。
混输管道为双层管，内管Φ406.4mm，外管Φ559mm；注水管道为单层管，管径Φ219.1mm。
根据胜利油田信科海洋勘察测绘有限公司完成的《冀东油田南堡作业区1-3号岛海底管缆调查报告》（2010年8月），南堡1-3号岛混输管道和输水管道埋深浅于设计要求的1.5m（海管管顶起算），部分管道已经裸露，特别是在管道路由上的几处海底管道非法取砂活动，致使管道出现悬空状态，悬空位置在距离1#岛3.5公里到4公里处。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
海底管道悬跨维护技术研究
【摘要】海底管道悬跨的产生有诸多原因，波浪和海流的冲刷、异常潮流和暴风的作用、土壤性能的改变和海底的凸凹不平都很容易使管道产生悬跨。
当海底管道出现悬跨后，使得海底管道的运营风险剧增，严重影响海上油气的安全生产。
因此采取合理的方法对海底悬跨管道进行维护治理显得尤为重要，国内外采用了多种海底管道悬跨防治和维护措施。
本文总结了海底管道悬跨维护方法，以期为海底管道悬跨的维护提供指导性参考。
【关键词】海底管道冲刷悬跨维护
海底管道被誉为海上油气田开发的生命线，是一种高效、经济可靠的油气输送方式，实践已经证明，管道输送是海洋油气运输的最有效和最安全的输送方式。
海底的地形和地质构成，波浪与海流的作用，海底沙波或沙丘运动以及土壤性能的改变等等，都会引起管跨的发生。
无论管跨由何原因产生，只要到达临界悬空长度，轴向过载应力和涡激振动会对管道的安全运行构成威胁；另外，悬跨管道失去了土壤的掩埋，在遭受坠物或抛锚冲击时更易受到损伤，加之悬跨的管道直接曝露于海床表面，容易与渔船拖网发生干扰、拖挂现象，甚至在拖拉下发生位移、屈曲。
因此，寻找一种切实可行的管道悬跨治理方法，对保证海底管线在役期间的安全运行具有重要意义。
1 海底管道悬跨的维护与治理
针对海底管道悬跨这一重大安全隐患，国内外采用了多种海底管
道悬跨防治和维护措施，常用的措施有重新挖沟埋管法、填埋覆盖法、水下支撑法、加重法、降流促淤法等方法。
1.1 重新挖沟埋管
重新挖沟埋设法可以消除管道悬跨的支撑肩，将管道沉降到冲刷深度以下，从而避免自由悬跨的发生。
根据所采用的挖沟设备不同又分为犁式挖沟法和喷射式挖沟法。
如图1所示。
海底管道挖沟埋设，能避开、减轻或防止管道损伤或使损伤的危险减至最少，因而世界各国都对管道埋设有一定要求。
海底管线的埋深取决于多种变量，其中包括波浪气候、沉积物的大小、潮流冲蚀和土壤液化的可能性，以及未来扩建航道、工程的重要性和管道损坏的环境影响等因素。
1.3 水下支撑法
水下支撑法是在悬空段设置支承支架，以减少海底管道的振动，它可防止悬空管道由于涡激振动引起的管道断裂。
主要的方法有：2005年，国内学者发明了一项专利技术——海床泥沙截留、促淤积防冲刷装置。
如图10所示。
该装置包括柔性轻质浮帘、浮体、过沙窗口和重梁，其中浮帘的下缘捆绑在一个安放在床面的重梁上以使其固定，浮体设在浮帘上缘以保证浮帘不倒伏在床面上，在浮帘底部一定高度位置处开有矩形过沙窗口。
1.6 其他修复方法
挠性软管作为海上油气输送手段近年来得到了广泛的应用，主要用于作为油气输送的立管、海底管线，也用于跨接管，在我国南海
和渤海均有应用。
如图12所示。
软管具有挠性大，考疲劳能力强，易安装且可重复利用的特点。
当海床受到冲刷时，软管可以依靠本身的重力，自然下垂并附着在海床上，防止进一步的悬空，这就避开了涡流激振对管道的影响，保证海底管道的安全运行。
但对于已建成投产的海底管线，更换软管必须在管线停产的情况下方可实施，另外如存在海底管线与其它海底构筑物的交叉，实施起来较为困难；软管专营性强，成本高；抗外来冲击载荷能力弱。
因此该种方法主要应用在新建海底管线在海底的悬空控制对策[11]。
2 结束语
海底管线在铺设于海床表面以后，由于种种原因，不可避免的会出现悬跨现象。
这种现象严重威胁海上油气的安全生产。
因此，必须加大海底管道的监测，检测和保护力度，及时发现海底管道的悬跨问题，根据海管所处海洋环境条件，采取合适的海底管道悬跨维护措施，确保海底管道服役期间的安全运行。
参考文献
[1] 刘极莉，王佐强，刘楚. 海底管道冲刷及自由悬跨处理方法评估[c]. 第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集.山西：海洋出版社，2011：375-379
[2] john b herbich. 海底管线设计原理[m]. 董启贤，译.北京：石油工业出版社，1988：1-208
[3] 粱富浩，张印桐，刘春厚，等. 落石管抛石技术的发展及在
我国深水油气田开发中的应用前景[j]. 中国海上油气，2011，23（2）：135-139
[4] 沈达怡. 东海平湖油气田海底管线保护施工[j]. 水运工程，2000，（12）：73-77
[5] 魏中格，齐雅茹，刘鸿升，等. 海底管道维修技术[j].石油工程建设，2002，28（4）：30-32
[6] 张剑波. 水下结构物检测与维修技术概论[m]. 北京：石油工业出版社，2005：153-154
[7] 刘锦昆，张宗峰. 仿生水草在海底管道悬空防护中的应用[j]. 石油工程建设，2009，35（3）：20-21
[8] 喻国良.河床与海床泥沙截留、促淤积防冲刷的装置：中国，200510026599.7[p]. 2005-10-26
[9] 李艳红，陈琴琴，喻国良. 海滩泥沙促淤防冲技术研究进展与展望[j]. 海岸工程，2007，26（4）：27-34.
[10] 韩艳. 海底管线的冲刷与导流防护技术研究[d]. 青岛：中国海洋大学，2010：1-127
[11] 高文. 浅海海底悬空管道动力响应分析及治理[d]. 青岛：中国石油大学（华东），2010：1-76
作者简介
李成钢，男、汉族、山东人，硕士学位，经理，现于中海油田服务股份有限公司工作。