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深水管道内封堵器设计与密封结构的试验研究

吕成坤  
【摘要】:当前,陆地油田的产量远远不能满足我国快速发展对能源的需求,国家正逐步加大对海底石油的开采。我国的海底管道铺设已超过3000km,海底管道的破损时有发生,一旦海底油气设施破损,将对国家和环境产生非常巨大的影响。2010年墨西哥湾灾难性漏油事件和2011年渤海湾蓬莱19-3油田漏油事故,为海油工程作业敲响了警钟。本文在此背景下提出了深水管道内封堵器的设计,目的在于研制出一种具有自主知识产权,并能达到国际先进水平的海底管道应急封堵维修方法。通过对国内外相关技术的调研与分析基础上,结合课题的主要技术要求以及深水作业环境的特殊性,深入研究深水管道内封堵转接系统的关键技术,确定其总体设计方案,并完成深水管道内封堵器的锚定装置、密封装置、导向装置、动力装置和液压系统的设计与校核。锚定装置是深水管道内封堵器的关键技术之一。本文在斜面增力结构和弹塑性力学原理基础上,完成锚定装置的结构设计,建立其三维模型及力学模型。文中对锚定装置的关键零部件进行强度分析,重点进行锚定块设计、材料选择以及锚定块与管内壁的接触分析,为锚定装置的设计奠定理论基础。密封装置的密封性能是深水管道内封堵器可靠工作的重要保障。在分析深水管道内封堵器的作业条件与技术要求的基础上,结合国内外胶筒的设计思想,设计一种适合深水18"海管的胶筒。本文建立密封胶筒在初封阶段和工作阶段的力学模型,并对胶筒进行非线性分析,从理论上验证胶筒结构设计的合理性,完成密封装置的结构设计,建立三维模型,并对其关键部件进行强度分析。设计密封试验装置,对不同硬度的胶筒进行轴向压缩试验和临界坐封力试验,确定胶筒的最佳硬度,之后通过不同组合形式密封胶筒的保压试验,选择符合实际工况要求的密封胶筒组合形式,通过试验结果验证胶筒理论分析结果的正确性以及密封装置工作的可靠性。


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