收藏本站
《中国海洋大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海底管线的冲刷与导流防护技术研究

韩艳  
【摘要】: 海底油气输送管线是海上油气开发中油气传输的主要方式,是海洋油气生产系统中一个不可缺少的重要组成部分。由于海底管线所处的海洋动力环境非常恶劣,许多不确定因素的相互影响使得海底管线的铺设和运营风险俱增,因冲蚀悬空而造成破坏的报道一直层出不穷。随着我国深海油气资源的不断开发,海底管线在海洋工程中的应用越来越广泛,因此海洋动力作用下管线冲刷破坏及防护问题也越来越引起广大海洋工程技术人员的广泛关注。 当管线平放在海床表面,在海流的作用下管线两侧上下游海床表面存在压力差,此压力差导致管线下方的海床内部产生渗流,并随着渗流流速的增大,管涌现象发生,孔道冲刷开始;当孔道冲刷范围逐渐增大时,管线下游尾流区内涡旋作用也逐渐加强,促使尾流冲刷发生。管线两侧的压力差是造成孔道冲刷的直接动力因素,而尾流涡旋是加大尾流冲刷的附加动力环境。 本文由绕流基本方程,利用摄动方法推导了管线周边压力分布关系,由此确立了冲刷坑内泥沙颗粒所受的渗流压力差与冲刷起动的临界压力差;借助管线后方最易起动的泥沙颗粒受力分析,推导了的床面泥沙的临界起动流速公式、冲止流速公式和稳定冲刷坑深度公式。 基于国外spoiler防护技术成果的资料分析,本文提出了两种用柔性导流板对管线进行防护的新方法:第一种是在管线顶部安装柔性导流板,加大管线周围流场的扰动,使局部冲刷加剧,冲刷坑深度及范围增大,促使管线下沉和自埋;第二种是在管线底部安装柔性导流板,减小管线两侧的压力差,减弱甚至阻止渗流发生,达到减小甚至阻止管线冲刷的目的。 通过物理模型试验对单向流和往复流作用下无导流板、顶部安装刚性导流板(spoiler)和柔性导流板、底部安装柔性导流板的海底管线冲刷过程进行了系统的试验观测,对管线附近流场、管线表面压力分布、管线所处的海床表面压力分布、管线两侧的压力差和底部的冲刷坑进行了测量和比较分析,结果表明: 1.管线顶部安装刚性导流板和柔性导流板都能使管线两侧的压力差增大,冲刷深度和范围明显增大,且使管线受到向下的压力,在砂质海床条件下可以实现管线的自埋。 2.对顶部安装柔性导流板与刚性导流板对管线的自埋效果相比较,发现在管线两端固定的条件下,柔性导流板和刚性导流板对于加大管线冲刷的效果相近。在管线两端可自由升降的条件下,柔性导流板促使管线下沉自埋的深度更大。 3.对底部安装柔性导流板的管线两侧压力差和冲刷坑深度与无导流板的管线相比,发现安装柔性导流板的管线两侧压力差和冲刷坑深度明显减小,并且当导流板达到一定长度时,管线两侧压力差小于冲刷发生的临界压力差,冲刷基本消失,起到了对管线有效的防护作用。 基于理论研究和试验研究的基础上,本文采用垂向二维的数值计算模型,精细模拟了裸置于床面的管线周边流场、压力分布和管线冲刷过程。计算成果分析发现:采用标准k-ε模式对管线周围流场分布、管线附近断面流速分布、管线表面压力分布、管线附近床面压力分布和冲刷坑随时间的变化形态与试验测量结果基本吻合,说明参数选取、网格离散格式、动边界处理技术以及泥沙控制方程的嵌套基本合理。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P756.2

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨兵;高福平;吴应湘;;海流—管道—海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制(英文)[J];船舶力学;2006年03期
2 浦群,李坤,高福平;Scour of the Seabed Under A Pipeline in Oscillating Flow[J];China Ocean Engineering;2001年01期
3 秦崇仁,彭亚;波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷[J];港工技术;1995年03期
4 杨兵;高福平;吴应湘;;单向海流载荷下海底管道局部冲刷试验研究[J];工程力学;2008年03期
5 ;Experimental Study on the Distribution of Velocity and Pressure near a Submarine Pipeline[J];Journal of Ocean University of China;2009年04期
6 阎通,李萍,李广雪;埕北海域海底管线冲刷稳定性研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);1999年04期
7 韩艳;拾兵;任兴月;杨立鹏;;导流板对海底管线防护功能的试验研究[J];四川大学学报(工程科学版);2010年02期
8 李玉成,陈兵,赖国璋;海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟[J];海洋学报(中文版);1999年06期
9 苗文成;埕岛海域海底管道隐患分析及治理[J];石油工程建设;2004年03期
10 王利金,刘锦昆;埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策[J];油气储运;2004年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 夏令;波浪作用下的泥沙起动及海底管线周围局部冲刷[D];浙江大学;2006年
2 任兴月;海底管线导流技术的数值计算与试验研究[D];中国海洋大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾小芸;高福平;浦群;;WAVE-SOIL-PIPE COUPLING EFFECT ON SUBMARINE PIPELINE ON-BOTTOM STABILITY[J];Acta Mechanica Sinica;2001年01期
2 贝荣塔;王乐;郑才庆;张叶新;;污染底泥砷解吸规律研究[J];现代农业科技;2010年06期
3 王婷婷;马庆元;郭继平;;平板层流边界层近似速度分布计算方法的改进[J];鞍山科技大学学报;2006年06期
4 贺嘉;陈国兴;;基于ABAQUS软件的大直径桩承载力-变形分析[J];地下空间与工程学报;2007年02期
5 王训宏;王快社;徐可为;胡锴;;搅拌摩擦焊接过程塑性流动形态与试验分析[J];兵器材料科学与工程;2006年06期
6 熊艳,毛军,薛琳;平板层流边界层定常流动存在相似性解区域的分析[J];北方交通大学学报;2003年04期
7 杨基忠,俞大卫;车辆筒式减振器高频畸变特性研究[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);2000年01期
8 俞大卫,罗金良;汽车筒式减振器异响成因分析[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);2000年01期
9 阚萍;毛新星;钱立军;;液体粘性联轴器驼峰特性的分析研究[J];车辆与动力技术;2009年02期
10 杨先祥,徐兴建,宇传华,潘庆燊,张威,熊正安;钉螺和螺卵静水沉降及运动方式的实验研究[J];动物学杂志;1994年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李亚军;姚军;;裂缝型介质等效连续模型流动模拟方法研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 于玉贞;谢立全;孙逊;;渗流作用下的江河岸坡冲刷变形分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
3 占欢;范育新;宫继双;齐海帆;程晓军;;扇环形截面管内爆震波特性数值模拟[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集(上册)[C];2010年
4 孙昭晨;王环宇;;铰接多浮体耦合解析计算[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
5 王冬梅;程和琴;周丰年;杨忠勇;和玉芳;吴敬文;;近岸沙波分布区桥墩局部冲刷深度的估算[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
6 赵志舟;周华君;;川江弯曲分汊河段卵石浅滩航道整治技术研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
7 徐驰;王友军;束忠明;;坨面形状对CVD合成石英玻璃沉积速率的影响[A];2010全国玻璃技术交流研讨会论文集[C];2010年
8 左卫广;李小平;郑艳爽;;细泥沙对粗泥沙输移能力影响认识[A];第十届中国科协年会黄河中下游水资源综合利用专题论坛文集[C];2008年
9 刘兆存;秦耀辰;范玮佳;;第五章 城市区域发展的非线性模型[A];中原城市群科学发展研究[C];2008年
10 李玉成;刘勇;陈雪峰;姜俊杰;马宝联;;波浪作用下局部开孔沉箱内、外渗流场压力实验研究与数值计算[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
2 张彦奇;超细水泥渗透特性微观试验研究及理论分析[D];山东科技大学;2010年
3 房殿荣;黄河下游堤防溃口土体的冲刷性能[D];郑州大学;2010年
4 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
5 孟扬;浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王祎;载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 郭颂歌;浅水流动及其挟沙状态下的数值模拟[D];大连理工大学;2010年
8 肖霄;双浮筒—水平板式浮防波堤的数值研究[D];大连理工大学;2010年
9 侯斌;低水头航电枢纽泄水闸下游局部冲刷问题研究[D];长沙理工大学;2010年
10 高秦岭;钢悬链线立管的ANSYS非线性有限元分析[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 沈达怡;东海平湖油气田海底管线保护施工[J];水运工程;2000年12期
2 魏中格,齐雅茹,刘鸿升,杨文芝;海底管道维修技术[J];石油工程建设;2002年04期
3 刘锦昆;张宗峰;;仿生水草在海底管道悬空防护中的应用[J];石油工程建设;2009年03期
4 梁富浩;张印桐;刘春厚;庄亚锋;苗春生;;落石管抛石技术的发展及在我国深水油气田开发中的应用前景[J];中国海上油气;2011年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高文;浅海海底悬空管道动力响应分析及治理[D];中国石油大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨兵;高福平;吴应湘;;海流—管道—海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制(英文)[J];船舶力学;2006年03期
2 浦群,李坤,高福平;Scour of the Seabed Under A Pipeline in Oscillating Flow[J];China Ocean Engineering;2001年01期
3 秦崇仁,彭亚;波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷[J];港工技术;1995年03期
4 杨兵;高福平;吴应湘;;单向海流载荷下海底管道局部冲刷试验研究[J];工程力学;2008年03期
5 邵守良;;波浪作用下泥沙临界起动水深与起动波高公式解算[J];港口工程;1993年06期
6 阎通,李萍,李广雪;埕北海域海底管线冲刷稳定性研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);1999年04期
7 祖楠;黄维平;;考虑流固耦合时的海底管道悬跨段非线性动力分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年01期
8 阎通,李萍,杨作升,庞重光;水声学方法对黄河口水下底坡失稳现象研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);1999年02期
9 赵冲久,秦崇仁;波浪作用下沙波的运动速度和沙波床面的底沙输移[J];水道港口;1995年04期
10 马良;波流作用下海底管道的水动力和在位稳定性研究的近代进展[J];水动力学研究与进展(A辑);1995年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邵怀海;刘锦昆;郭海涛;;海底管线的分段设计法[J];中国海洋平台;2006年05期
2 韩宇;栗国浩;袁李峰;;Taper-Lok法兰在海底管线上的应用[J];石油矿场机械;2008年06期
3 宋吉卫,肖熙;海底管线缺陷的模糊综合评判[J];中国海洋平台;2004年02期
4 邬可谊;;浅海海底管线维修工作舱[J];中国海洋平台;2008年04期
5 王晶;李志军;GONCHAROV V K;KLEMENT’EVA N YU;;渤海海底管线溢油污染预测模型[J];海洋环境科学;2007年01期
6 孙娅;薛雷平;;海底管线二维湍流与局部冲刷数值模拟[J];制冷空调与电力机械;2008年04期
7 匡朝晖;黄保国;;海底管线多管捆绑法施工工艺[J];华南港工;2009年02期
8 刘小丽;贾永刚;邢英;;埕岛油田海底管线在位稳定性的计算分析[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年01期
9 张建辉;;基于GIS的海底管线应急系统关键技术[J];地理空间信息;2010年04期
10 王振宇;崔利;陈义兰;段焱;;海底管线信息系统建设初探[J];海岸工程;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张衍涛;;海床土导致的埕岛油田海底管线安全隐患与防护对策[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
2 王雷;徐兴平;张辛;;海底管线悬空疲劳寿命研究[A];中国钢结构协会海洋钢结构分会2010年学术会议暨第六届理事会第三次会议论文集[C];2010年
3 王琮;赵冬岩;王凤云;;海底管线安全防护技术试验研究[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(上册)[C];2009年
4 郭冀江;;清管技术在海底管线预调试中的应用[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下)[C];2011年
5 ;厚规格海底管线钢的开发与应用[A];石油天然气用高性能钢技术论坛——油气开采、储运的战略需求对钢铁材料的新挑战会议论文集[C];2011年
6 周晶;冯新;李昕;;海底管线全寿命安全运行的关键问题研究[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
7 董文乙;;海底管线悬空段预防性管理[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
8 王凤云;赵冬岩;王琮;;关于海底管线挖埋深度的规范标准研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
9 李小超;王永学;李广伟;;海底管线涡激振动实验方法探讨[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(上册)[C];2009年
10 杨宝真;;海底管线立管悬空的危害及治理方案[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 吕宁 特约记者 张华明;全力以赴确保世博期间海底管线畅通[N];中国海洋报;2010年
2 杨怀东;东方1-1气田海底管线开铺[N];中国矿业报;2002年
3 巴桑次仁;确保青藏道路管线安全畅通[N];西藏日报;2003年
4 记者 杨晓娟 李凤山 通讯员 谢佃波;为保护西气东输管线安全成功改线[N];石油管道报;2005年
5 通讯员 李武 记者 黄律己;金陵石化管线安全特护保生产[N];中国石化报;2009年
6 王疆戈;杭州湾海底管线全面建成[N];中国石化报;2004年
7 记者 邱美辉;浙江强化危化品管线安全监管[N];中国化工报;2010年
8 ;水下维修装备技术的新突破[N];科技日报;2006年
9 何平;中国海油实现天然气海底管线“世界第一穿”[N];光明日报;2008年
10 记者 瞿剑;中国海油实现天然气海底管线“世界第一穿”[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
2 杨立鹏;波浪作用下的海底管线冲刷与防护技术研究[D];中国海洋大学;2012年
3 张小玲;地震作用下海底管线及周围海床动力响应分析[D];大连理工大学;2009年
4 曲鹏;波浪作用下海底管线及周围海床动力响应分析[D];大连理工大学;2008年
5 丁鹏;海底管线安全可靠性及风险评价技术研究[D];中国石油大学;2008年
6 沙勇;悬跨海底管线动力响应试验与数值研究[D];大连理工大学;2007年
7 远航;波浪作用下埕岛油田海底管线稳定性数值分析[D];中国海洋大学;2009年
8 程栋栋;复杂条件下海底管线与土相互作用研究[D];天津大学;2008年
9 潘冬子;波浪荷载作用下海床及管线的动力响应研究[D];浙江大学;2007年
10 任亮;光纤光栅传感技术在结构健康监测中的应用[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李士清;海底管线仿生防护技术研究[D];中国海洋大学;2005年
2 仇正中;波浪对海底管线作用的数值模拟[D];大连理工大学;2011年
3 李彪;海底管线水平向整体屈曲低阶模态研究[D];天津大学;2012年
4 宣凯;抛锚作业对海底管线损害研究[D];大连海事大学;2012年
5 陈冠宗;茂名单点海底管线基础冲刷安全性评估与治理[D];华南理工大学;2012年
6 刘成祥;斜向波流作用下海底管线周围流场及管道受力分析[D];长沙理工大学;2012年
7 何旭;考虑管土作用海底管线涡激振动数值分析[D];大连理工大学;2011年
8 杨洋;小区多管线优化布置及其三维可视化[D];合肥工业大学;2010年
9 庄玉石;海底管线在波浪作用下的风险分析和安全评价[D];大连理工大学;2011年
10 田辰;海底管线疲劳寿命评估方法研究[D];天津大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026