埕岛油田海底管线在位稳定性的计算分析

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1、中国海洋大学学报第4O卷第1期40(1)：059～0622010年1月PER10DICAI0FOCEANUNIVERSITY0FCHINAJan．，2010埕岛油田海底管线在位稳定性的计算分析刘小丽，贾永目4，邢英。(中国海洋大学1．海洋环境与生态教育部重点实验室；2．环境科学与工程学院，山东青岛266100；3．山西大同大学工学院，山西大同037003)摘要：埕岛油田主要分布粉土和淤泥质软土2类典型的海床。通过建立海床与其上裸置管线相互作用的有限元计算模型，对埕岛油田2类典型海床上裸置管线的在位稳定性进行了数

2、值计算分析，并与现行常用的DNV(挪威船级社)管道设计方法的计算结果进行了对比。分析表明，对于埕岛油田粉土海床上裸置管线的在位稳定性分析，数值计算结果与DNV简化分析方法的结果较为一致；对于埕岛油田淤泥质软土海床上裸置管线的在位稳定性分析，DNV简化分析得到的裸置管线的在位稳定性一般高于相应的数值计算结果。关键词：埕岛油田；海底管线；在位稳定中图法分类号：TV139．2文献标志码：A文章编号：1672—5174(2010)01—059—05海底管线是连接海上石油平台与陆地的重要通＼～～—＼＼道，应对其在施工和运

3、营期的稳定性进行分析校核。、，～＼～海底管线的在位稳定性分析(亦即座底稳定性分析)主—嚣：=_～、、～蒌～1自一一罄＼＼、要是针对施工期间的裸置管线而言的，应考虑一年一＼_＼、、。_⋯一—＼＼遇的环境荷载，并考虑管道在此期间是充满气体的，通≥一过对管线所受到的由浪、流引起的水动力和海床土对＼＼管线移动的抵抗力的比较，判断管线在设计环境条件一《、l954嘉璺标景下是否会被移动_1。高新克品格婵＼～l姘年酗l罨睡捌一；一---r～、，／目前海底管线设计常用的是DNVRPE305(海底4604845045245445

4、64584604624644664684704724748管道在海床上的稳定性设计》技术规范(简称DNV规范，下同)，虽然其中给出了海底管线在位稳定性的校图1埕岛海域水深地形图核公式和分析方法_2]，但鉴于海底管线的在位稳定性Fig．1ThecontoursofwaterdepthinChengdaoseaarea分析涉及海洋水动力条件下管线与海床土的相互作用本文主要对埕岛油田2种典型的海床土即粉土与问题，与管线路由区海床土的工程地质特征、环境水动淤泥质软土海床上裸置管线的在位稳定性进行数值计力条件等都有非常密

5、切的关系，故对不同海域、不同工算分析，并与DNV规范方法的分析结果进行对比，以程地质特征的海床上的管线在位稳定性计算仍需要作期为埕岛油田海底管线的稳定性计算提供参考。具体分析研究，以便能更加准确的对管线的安全性进行评估。l裸置管线与海床土相互作用数值计算模型埕岛油田位于现代黄河三角洲的水下三角洲之1．1基本有限元模型上，地势西南高，东北低，该区域主要是1953～1964年此处用Adina软件对水动力条件下的管土相互作神仙沟流路和1964～1976年刁口流路走河期间形成用问题进行分析。Adina的最早版本出现于1

6、975年，的2个亚三角洲。图1所示为埕岛油田海域的水深地其含义是AutomaticDynamicIncrementalNonlinear形图，该区域主要分布粉土和淤泥质软土2种典型的Analysis的首字母缩写，为动力非线性有限元分析，具海床土，其中粉土海床主要分布于埕岛油田中西部备分析非线性问题的强大功能，尤其针对结构非线性、15m水深以浅海域，软土海床则主要分布在埕岛油田流／固耦合等复杂问题的求解具有强大优势，被业内人东部及中西部15m水深以深海域。士认为是非线性有限元发展方向的先导，该有限元分*基金项目：

7、中石化集团公司重点攻关项目(JP05007)资助收稿日期：2008—07—21；修订日期：200904—07作者简介：刘小丽(1974一)，女，副教授。E-mail：1~4791@OUC．edu．CB中国海洋大学学报析软件目前被广泛应用于土木建筑、交通运输、石油化研究等领域。工、机械制造、航空航天、汽车、国防军工、船舶及科学FH一图2有限元模型示意图Fig．2Finiteelementmodel如图2所示，管土系统考虑为平面应变问题，管线面，海床土为从接触面，当管线上的水平向外力大于库外直径426mm，壁厚12

8、mm，FH和F是水动力荷载仑摩擦力后，管线与海床土之间发生相互滑移。产生的作用于管线上的水平分力和竖向分力，通过此处的约束条件是防止数值模拟中管线发生滚动Morison方程确定二者的相对比例后在计算过程中逐的条件，采用参考文献E3-1中的方法。由于实际管线受级按比例施加，直至管线失稳，从而得到管线保持在位到立管和压块等约束，发生滚动的可能性很小，为了对稳定的极限荷载。计算中考虑海床自重