深海工程中的立管系统研究

➢ 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)。
➢ 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。
➢ 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。
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）。
➢ 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”
➢ 动力分析应该在动力影响存在的情形下进行，如渔船 拖网板与管道相撞、管道热膨胀、地震对管道影响。
立管的FEA 模型中应该特别注意下列非线性特性：
➢ 材料非线性 ➢ 几何非线性 ➢ 边界非线性（摩擦、
滑动、管道土壤相 互作用等）
下面列出的是用于立管分析的已高度商业化和 知名的工业软件：
➢ Riflex : Norwegian Marine Technology Center (Marintek)
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。
➢ 顶部预张力立管 ➢ (Top Tension Riser)
TTR立管适用的平台
➢ 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）
➢ 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。
➢ 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。
➢ 满足政府、规范要求，满足 功能和运行要求
➢ 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。
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；
➢ 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；
➢ 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。
➢ 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。
➢ 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。
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
➢ 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。
➢ Flexcom 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、立管的工程设计 五、立管的海上安装 六、涡激振动
4.1设计的目标
➢ 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。源自文库
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)
➢ 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。
➢ 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。
➢ 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,
➢ 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。
➢ 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。