海洋立管课程概述.ppt

深海工程中的立管系统研究

April，26，2011
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。
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。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；
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。顶部预张力立管
(TopTensionRiser)TTR立管适用的平台钢悬链立管
(SteelCatenary
Riser)柔性立管
(FlexibleRiser)塔式立管
(HybridTowerRiser)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。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。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。
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RP2RD，然后是挪威船级社OSF201。美国石油协会RP2RD(1998):“DesignofRisersforFloatingProductionSystemsandTensionLegPlatforms”,FirstEdition
挪威船级社OSF201(2001):“DynamicRisers”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。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）。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。
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：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:NorwegianMarineTechnologyCenter(Marintek)
Flexcom3D:MCSInternational(Ireland)
Orcaflex:OrcinaLtd.(UK)
SHEAR7:MIT(USA)4.1设计的目标
满足政府、规范要求，满足功能和运行要求
选择最简单、成本最低的类型
避免立管之间的碰撞
安装方便
4.2设计阶段
1、概念设计
该阶段设计的主要目的是确定技术可行性，确定下一设计阶段所需的信息，进行资本和进度估计。这经常称作“方案选择”。1、设计基础文件
设计基础文件（DBD）提供了管理管道、立管系统设计的手段，重点控制设计的改变。设计原理的目的是提供基本原理、一系列一致的数据、用于指定工程开发的合理要求和设计。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、强度分析工作极限状态（SLS）：如果超越就会导致管道不能正常运行的状态。最大极限状态（ULS）