深水s型海底管道铺设可接受标准研究

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1、深水S型海底管道铺设可接受标准研究赵冬岩,罗超(海洋石油工程股份有限公司)摘要深水S型海底管道铺设过程中应不仅应考虑静水力外压及管道内部流体的内压作用，还应充分考虑管道发生弯曲后的变形，常用标准采用的设计应力控制和设计应变控制通常是基于椭圆度、拉压应变极限法进行校核。本文从国际通用规范标准出发，结合国外已有实际工程项目，分析总结了深水S型海底管道铺设所接受的应力应变控制标准，最后提出了适合我国目前工程实际需要的深水S型海底管道铺设可接受标准的范围的建议。关键词应力应变可接受标准深水海底管道作为深海油气田开发建设的一个重要组成

2、部分，对海上油气田的开发、生产和产品外输等方面起着十分重要的作用。S型铺管方法是目前海底管道最为常用的铺设方法。在S型铺管方法中，管道在铺管船甲板作业线上从焊接、检验都在一个水平面内，管道移动通过船尾经托管架并到达海床。整条管道一般分为两个区域：一为上弯段，从铺管船甲板上的张紧器开始，沿着作业线经托管架向下延伸至反弯点为止的一段区域；另一段为下弯段，是从反弯点到海床着地点的一段区域。管道在下弯段的曲率通过沿生产线放置的张紧器产生的拉力来控制，管道在上弯段的曲率和弯曲应力则一般依靠合适的滑道支撑和托管架的曲率来控制。在以往的经

3、验中，S型铺管法只能———————————————————————————————————————————————适合于浅水海底管道铺设，然而随着更长的托管架，管道入水角更加垂直，管道允许部分进入塑性变形等问题的开展，S型海底管道铺设已经迈向深水。在我国，S型海底管道铺设均在300m以内，随着深水油气田开发的紧迫需求，迫切需要解决S型海底管道铺设的难题，其中难题之一就是管道应力、应变过大造成管道屈曲变形甚至断裂破坏的问题。本文从DNV,ABS等规范入手，结合国际已有工程经验，提出了适合我国的深水S型海底管道铺设的应力应变控制

4、标准。1.DNV规范研究1.1DNV海底管道规范1981在DNVRulesforSubmarinePipelineSystems1981规范中采用应力判断准则：≤ησF(1)第一作者简介：赵冬岩，男，博士，高级工程师，长期从事海底管道研究。地址：天津市塘沽区海洋石油工程股份有限公司(邮编：300451)。-1-其中N—轴向应力；A—管横截面积；M—弯矩；W—管道抗弯截面模量；σY—环向应力；σF—最小屈服强度。式中，利用系数η对于能够控制应变取0.72，对于应变不可控制————————————————————————————

5、———————————————————和不能变化的管段取0.96。DNVRulesforSubmarinePipelineSystems1981规范4.3.2.6中指出：应力校核：轴向应力σlong=σaxial+0.85×σbending小于管道材料许用应力。此公式仅用于应力校核，如果用应变校核，轴向应力应采用von-misses公式：σlong=σaxial+σbending。1.2DNV海底管道规范20071.2.1DNV-OS-F101简单管道安装标准H300:Simplifiedlayingcriteria中对S型

6、管道铺设上弯段和下弯段校核方式描述如下：管道上弯段对于静态加载，计算的应变应当满足表1中的标准Ⅰ。应变应当包括弯曲，轴向力和局部卷轴荷载的影响。刚度变化产生的影响（比如，联接处或屈曲防止装置的应变集中）需要考虑。对于静态加载加上动态加载，计算应变应当满足表1中的标准Ⅱ。应变应当包括所有的影响，包括连接处或屈曲防止装置的刚度变化的影响。表1上弯段应变控制简化标准Table1simplifiedcriteria,overbend上弯段应变控制简化标准标准Ⅰ0.205%Ⅱ0.260%管道下弯段采用应力校核（包含托管架末端最后一点支

7、撑）：σeq<0.87×fY。———————————————————————————————————————————————当用到极限状态标准和简化标准时，对于铺设分析的下述要求应满足这两种标准：(1)应当利用材料的实际非线性应力-应变（或弯曲-曲率）关系来做出分析，见图1。(2)对于在联接处应变集中的计算，应当考虑钢，混凝土和防腐覆盖层的非线性材料特性。(3)在安装过程中，特征环境荷载应当被看作考虑适当水流和风环境的海况（Hs,Tp）的最大可能值。海况的持续时间不少于3小时。(4)如果动态铺设分析是基于有规律的波浪情

8、况，应当证明波浪高度的选择和持续-2-时间保守的代表了不规则的海况（Hs,Tp）。注：此简单标准适用于设计初期阶段作为局部屈曲校核的分析准则，它不能代替标准中任何给定的失效模式校核方法。图1材料外力作用下发生塑性弯曲变形曲线Fig.1referenceforplasticstraincal