导管架平台海底电缆起始铺设数值模拟.pdf

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1、石油和化工设备-14-论文广场2017年第20卷导管架平台海底电缆起始铺设数值模拟胡永明，阮胜福，王子堂（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]导管架平台海底电缆起始铺设的主要过程是将平台上线性绞车的钢丝绳与作业船上的电缆拖拉头连接，通过绞车牵引使电缆穿过预设在导管架平台上的J-tube管，电缆被牵引到设计位置后与平台连接固定。作业过程中需要对绞车牵引力、电缆张力和曲率、J-tube管强度等重要参数进行监控，确保施工作业的安全。本文采用OrcaFlex软件，对电缆起始铺设的过程进行数值模拟，并对作业船与平台距离、电缆与J-tube管摩擦系数等参数进行分析。文中的研究方法和结论对电

2、缆起始铺设计算分析和海上施工作业具有一定参考价值。[关键词]导管架平台；海底电缆；起始铺设；J-tube；数值模拟目前我国海洋平台的主要形式是固定式导管Bridge)，目的是控制电缆入水时的弯曲半径；架平台，其中绝大部分平台需要通过海底电缆进(4)为了防止在横向波流下电缆与船舶产生过行平台间的电力或信号传输。两平台间海底电缆大的侧向相对位移导致计算不收敛，可在船上模铺设可分为起始铺设、平台间正常铺设和终止铺拟导向柱或U型支撑；[1]设三个阶段。在起始铺设过程中，电缆在船舶和(5)电缆、拖拉头及J-tube里预埋的钢丝绳分段平台间形成悬垂线，受到重力、浮力、波流力、模拟为线单元；绞车牵引力以及船

3、舶运动的影响，同时电缆与(6)J-tube按实际形状及截面尺寸模拟为线单J-tube管以及海床接触时受到摩擦力的作用，受力元，底部弯管处按弧长单独分段并设定曲率，并情况比较复杂。在端点模拟喇叭口(BellMouth)；本文以南海某平台为例，介绍了海底电缆(7)导管架平台结构简化模拟为一根立柱，在起始铺设的分析方法，得到了一系列动态响应结J-tube与导管架连接处模拟卡子(Clamp)支撑点；果，主要包括：绞车牵引力、电缆张力和曲率、J-tube管弯曲应力。同时研究了作业船与平台距(8)在J-tube顶部以上适当位置模拟固定绞车，离、电缆与J-tube管摩擦系数对电缆铺设的影响，在动态分析阶段控

4、制电缆牵引速度。得出的结论可用于指导海上施工作业。海底电缆起始铺设的计算模型见图1所示。1数值模型、计算原理及分析方法1.1计算模型海底电缆起始铺设的计算模型主要包含船舶、电缆、平台结构三部分，模拟时需要考虑以下几点：(1)船舶可根据长、宽、型深简化模拟为刚性体，其运动通过响应幅值算子RAO(ResponseAmplitudeOperator)描述。RAO可以通过模型试验或应用水动力分析软件求解船舶在单位波高的规则波作用下的运动方程获得；(2)船舶上设置固定绞车模拟张紧器的张力，图1海底电缆起始铺设计算模型并在动态分析阶段控制电缆释放速度；(3)船尾设置弹性实体模拟入水桥(Chute作者简介：

5、胡永明（1981—），男，河北人，研究生，工程师。在海洋石油工程股份有限公司工作。第10期胡永明等导管架平台海底电缆起始铺设数值模拟-15-1.2摩擦力计算原理模型计算，使摩擦力在位移接近零时产生线性过[2]电缆起始铺设过程中，电缆与J-tube以及海渡，避免不连续的变化。摩擦力与位移的关系曲床接触产生摩擦力。摩擦力采用修正的库伦摩擦线见图2。图2经典库伦摩擦模型（左）与修正的库伦摩擦模型（右）图中Dcrit为摩擦力达到峰值时的最小位移：三芯铠装电缆外径120mm，干重32.4kg/m，842Dcrit=μR/(Ks×A)(1)轴向刚度2.70×10N，弯曲刚度3.55×10Nm，42扭转刚度

6、3.84×10Nm。电缆铺设时最小弯曲半式中：μ为摩擦系数；R为接触反力；Ks为剪径3m，最大允许拉力61.7kN。切刚度；A为接触面积。对于电缆等线单元，沿线轴向和侧向移动的摩擦系数不同时需分别定义。2.1起始铺设计算结果当电缆向斜向移动时，摩擦系数按以下公式计参考图1，选择0°方向波流（由作业船指向算：平台）进行起始铺设数值分析，其它主要参数见μ=μn×Dn+μa×Da(2)表1。式中：μn和μa分别为电缆沿侧向和轴向移动表1起始铺设数值分析主要参数的摩擦系数；Dn和Da分别为电缆实际位移在侧向和轴向的分量。参数名称数值单位绞车牵引速度0.1m/s1.3运动方程求解方法电缆与J-tube摩

7、擦系数0.2—根据结构动力学，体系的运动方程可由以下船尾与J-tube喇叭口水平距离40m公式表示：...动态分析总时长1000s，绞车牵引距离100m。MX+CX+KX=F(3)图3为绞车牵引力随时间的变化曲线，在135s左式中：M、C和K分别为系统的质量、阻尼和...右牵引力有一个峰值，此时电缆拖拉头正在通过刚度矩阵；X、X和X分别为位移向量、速度向量J-tube弯头，通过后牵引力略微下降，然