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1、1海洋工程概论立管及海底管道系统立管及海底管道系统一、概述二、设计规范及标准三、设计分析工具四、工程设计五、海上安装2什么是深海？什么是立管？什么是海底管线？作为深海油气田开发系统结构的重要组成部分，海洋立管与海底管线以其全新的形式、动态的特性、以及高技术含量变得格外引人注目。以往浅水立管和海底管线的形式根本不能应用到深水中，这使得立管与海底管线技术更加的具有挑战性。和浅水油气开发相比,海洋立管作为连接水上浮式及水下生产系统的唯一关键结构,其在深水中的应用更加具有独特的挑战性,要求更强烈的创新。34 这一点从比较海洋立管在浅水与深水中的概念上的不同就可以看出来。浅水的立管都是钢管固定在平台的桩
2、腿上的,而深水中的立管却有着各式各样的变化,以适用于不同的开发需要。所以，深水海洋立管是深水工程技术的核心，还因为：深水的挑战需要新颖的海洋立管概念；浅水立管技术完全不适应于深水；全新的浮式结构概念需要全新的立管系统；深水立管是整个深水油气田开发的最主要的界面；6 顶部预张力立管 (Top Tension Riser)TTR立管适用的平台7 钢悬链立管 (Steel CatenaryRiser)8 柔性立管 (Flexible Riser)10 钻井立管 （Drilling Riser）11下图是美国墨西哥湾的一个深海油田布置图,该油田采用了顶部预张力立管(TTR)和钢悬链立管(SCR)作为海
3、洋立管。13第四章 立管及海底管道系统一、概述二、设计规范及标准三、设计分析工具四、工程设计五、海上安装 尽管立管已经存在很多年了，但它只是在近些年来随着深水技术的发展而产生了巨大的进步。早期立管的主要结构是钢铁生产管线的简单延伸，通常在导管架腿柱上夹紧。早期的立管设计以使用不同安全系数的独立的管道标准为基础。15 这两个立管的规范从原理上是不仅相同,美国石油协会的RP 2RD 是基于许用应力方法,而挪威船级社的OS F201 是基于可靠性分析的荷载抗力系数法(LRFD)。一般说来,API 的立管规范要比挪威船级社的立管规范相对保守一些。由于美国石油协会的规范出台比较早,因而应用的也比较广泛。
4、另外一个原因就是墨西哥湾是深海开发的先锋,API 的规范也就自然采用的比较广泛。16第四章 立管及海底管道系统一、概述二、设计规范及标准三、设计分析工具四、工程设计五、海上安装 分析内容可以分为静力和动力分析。静力分析：使用ABAQUS 等软件进行的管道模型静力分析利用大位移效应、材料非线性、边界非线性来处理非线性问题，如连接、滑动和摩擦（管道/海床相互作用）。18立管与海底管线的FEA 模型中应该特别注意下列非线性特性：材料非线性 几何非线性 边界非线性（摩擦、滑动、管道土壤相互作用等）下面列出的是用于立管分析的已高度商业化和知名的工业软件：Riflex:Norwegian Marine T
5、echnologyCenter(Marintek)Flexcom 3D:MCS International(Ireland)Orcaflex:Orcina Ltd.(UK)SHEAR7:MIT(USA)19第四章 立管及海底管道系统一、概述二、设计规范及标准三、设计分析工具四、工程设计五、海上安装4.1设计的目标满足政府、规范要求，满足功能和运行要求选择最简单、成本最低的类型避免管线之间的碰撞安装方便20 4.2 设计阶段 1、概念设计 该阶段设计的主要目的是确定技术可行性，确定下一设计阶段所需的信息，进行资本和进度估计。这经常称作“方案选择”。2、初步设计 该阶段的主要任务是进行材料选择和确
6、定壁厚；确定生产管线和立管的尺寸；执行设计标准检查；准备MTO 和授权应用。基本方案需要在这个阶段定稿，也称作“定义阶段”。21 3、详细设计 该阶段的所有设计工作需要足够详细以进行采购和制造。而且，工程过程、说明书、准备MTO、测试、勘测和制图需要全面开展。这个阶段也称作工程“执行阶段”。4.3 设计流程 设计流程的主要目的是以运行数据（如设计压力和温度、油田数据和处理数据）为基础确定最优化的管道和立管设计参数。22第四章 立管及海底管道系统一、概述二、设计规范及标准三、设计分析工具四、工程设计五、海上安装24 Technip公司J型和卷筒铺设船 管道在浮式装置上使用单或双接头进行装配。需要
7、一个可达100 米长的托管架，它可以具有单一的部件是刚性的，或者具有2 个或3 个铰接的部件。必须处理非常高的张力。有水深限制，因为：更大水深更长的托管架稳定性丧失更大水深更高的张力更大的风险 典型铺设速度约3.5 千米/天。S 型铺设25卷筒铺设 海洋石油201号 管道在岸上的受控环境中焊接，然后连续地缠绕在浮式装置上直到全部 完成或达到最大容量。张力减少很多，因此与S 型铺设相比可以更好地控制。对可处理的覆层类型有限制。存在局限性，通常是由关系到装载能力的容积引起。需要岸上基地的支持。典型铺设速度可高达1千米/小时，平均约600 米/小时。管道或立管束在岸上制造（垂直和平行）。在车间里可以获得很好的焊接质量。灵活的制造进度表与海上进度表没有冲突。可使用非常廉价的拖船。可使用各种各样的拖曳方法（水面、水面下、CDTM、底部拖曳）。可安装长度有限制。需要三艘拖船用于安装（但是廉价）。由于它非常大的重力所以在海床上非常稳定（不需挖沟）。26拖曳28谢 谢！