基于orcaflex软件的海底管道水平管下放分析

钟诗民1 梁鹏2

中国海洋石油有限公司工程技术部北京市东城区 100010

摘要

在浅水区域，海洋油气管道常常会使用焊接方式将两段水下海管进行连接，针对焊接后形成一体的水平管，需要进行受力分析，分析海管的应力、应变，确保符合规范要求。本文针对工程应用实际，使用orcaflex软件对海管受力状态进行分析，最终确定海管下放的应力应变情况。

关键词

海洋油气管道，水平段焊接下放；应力；应变；orcaflex

正文

中图分类号：TE4 文献标志码：A

0 引言

在浅水海域（一般水深小于30米），使用海洋石油工程船舶将两段海底油气管段提出水面，采用焊接的方式进行连接，是一种比较经济、可靠性较强的海底管道连接方式。整个施工过程主要分工三个部分，使用工程船舶吊机将两段海管提起至水面以上，使用焊接方式将两段海管焊接，最后将焊接好的海管下放至海床面。焊接后的海管存在一定的应力集中的情况，要选取正确的施工方式，促使海管下放过程中应力应变符合规范要求。

本文基于某工程船舶，使用sesam软件对工程船舶进行RAO（幅值响应算子）分析，并将得到的RAO导入orcaflex软件中，最终使用orcaflex软件确定合理的海管下放方式。

1 计算分析模型

1.1 工程船舶RAO计算

某工程船体主体尺寸：船长 118.8m，船宽30.4m，型深8.4m，工作吃水4.9m，托管架长度：52m。使用sesam软件进行船舶的RAO分析，分析结果如下：

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0°RAO

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45°RAO

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90°RAO

图片4.png

135°RAO

图片5.png

180°RAO

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225°RAO

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270°RAO

图片8.png

315°RAO

1.2 建立orcaflex分析模型

将Moses软件计算得出的胜利902 RAO输入ORCAFLEX进行建模计算。

按照风浪流同向进行假设，每隔30°计算1个工况。计算工况分别是0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°。

图片9.png

图片10.png

海管计算需开展静态分析和动态分析。计算方式采用显性计算。校核条件是吊机钢丝绳受力小于破断力。

1.3 管线参数

管道类型	属性	参数
铺设水平管道	外径	813mm
	壁厚	23.8mm
	管道等级	API 5L PSL2 X65MO
	最小屈服强度	450Mpa
	最小抗拉强度	535Mpa
	管材密度	7850kg/m³
	杨氏模量	2.034×10⁵Mpa
	泊松比	0.3
	3-LAYER PE防腐层厚度	4.2mm

1.4 下放吊点坐标

吊机钩头标（m）
编号		四号锚机	BR1	BR2	BR3	BR4	BR5	主吊机	托管架
整体坐标		4.4	29	49.7	69.7	79.7	99.7	124.6	149.5
整体坐标	y	8.6	8.6	8.6	8.6	8.6	8.6	8.6	8.6

1.5环境参数

（1）海水密度

海水密度为1025kg/m³。

（2）计算水深

计算水深：KP40.321,13.6+2.2=15.8m。

（3）环境参数

为了能够顺利完成海上施工，需要选择合适的天气窗口开展海上作业。锚位施工时，对于海况的要求是：

l 风速≤13.8m/s；

l 浪高＜2.0m；

l 流速≤5节。

1.6 校核准则

钢管满足DNV-OS-F101-2013，X65管材铺设校核准则

位置	校核项目	标准
上弯段	最大应变（静态）	0.25%
上弯段	最大应变（动态）	0.35%
下弯段	最大等效应力（静态&动态）	0.87SMYS

2 计算结论

根据上表数据，管线起吊过程中的海管受力、海管应变、钢丝绳受力，符合DNV-OS-F101-2013，利用胜利该铺管船进行下放作业是安全可行的。

图片11.png

参考文献：

[1] 李磊, 吴迪, 付春丽, 等. 浅水铺管船提升锚泊定位能力的研究[C]//2015 年深海能源大会论文集. 2015: 65-73.

[2] 宋磊建. 缓波形柔性立管总体响应特性研究及疲劳分析[D]. 上海：上海交通大学，2013.

[3] 曹淑刚. 浮筒单点系统缓波式柔性立管性能研究[D]. 青岛：中国海洋大学，2015.

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