[發明專利]一種鋼懸鏈線立管觸地疲勞不確定性分析方法

在審

• 申請號: 201810589550.X
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108804817A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 李英;吳潘;丁鵬龍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種鋼懸鏈線立管觸地疲勞不確定性分析方法：構建鋼懸鏈線立管系統進行立管疲勞分析；引入Morris方法進行立管觸地點疲勞損傷的敏感性分析；采用蒙特卡洛方法模擬研究觸地點疲勞壽命不確定性。本發明提高了鋼懸鏈線立管觸地點疲勞分析精度，使鋼懸鏈線立管的分析設計更加符合工程實際情況。

技術領域

本發明屬于深海立管研究技術，更具體的說，是涉及一種鋼懸鏈線立管觸地疲勞不確定性分析方法。

背景技術

立管用于連接海面浮體與海底井口、運送油氣資源，是深海油氣開發的關鍵設備，具有不可替代的作用。隨著水深增加，立管系統建造、安裝成本與難度迅速變大，合理的深海立管解決方案成為深海油氣開發領域的重要問題。

鋼懸鏈線立管(SCR)作為一種新型立管，在成本、工作水深、順應性方面具有獨特的優勢，已經得到廣泛運用；另一方面，鋼懸鏈線立管非線性動力特性明顯，其設計、建造、安裝和安全工作也面臨新的挑戰。疲勞損傷是限制鋼懸鏈線立管的廣泛應用的重要因素，鋼懸鏈線立管疲勞損傷主要來自以下幾個方面：波浪直接作用引起的疲勞；水面浮體運動引起的疲勞；海流作用下的渦激震動(VIV)引起的疲勞；海流作用下渦激浮體運動(VIM)引起的疲勞；以及安裝時產生疲勞問題。

由于所在海域不同，浮體結構類型不同等因素的影響，來自不同方面的鋼懸鏈線立管疲勞損傷所占的比重就不同。在工作狀態時，沿著鋼懸鏈線立管的長度疲勞損傷因其所處位置而各異，一般受到損傷最嚴重的位置是在頂部立管和浮體的連接處和鋼懸鏈線立管開始和海底接觸的部位(觸地點，touch down point)。其中鋼懸鏈線立管觸地點處的疲勞損傷又尤其嚴重，現行的關于觸地點處疲勞損傷計算方法做了大量假設。但是過于保守的疲勞損傷算法給鋼懸鏈線立管的設計帶來更大的挑戰。關于鋼懸鏈線立管觸地點疲勞計算方法的過于保守和不確定性已經有所研究。但是，以往研究工作或是從試驗的角度來研究鋼懸鏈線立管和土壤的相互作用及對疲勞的影響，或是針對鋼懸鏈線立管疲勞壽命不確定性中的個別因素進行了理論分析，尚未見到關于鋼懸鏈線立管疲勞壽命不確定性的全面系統理論研究。由于深海環境具有很強的隨機性，而海床土壤又具有很強的不確定性，這些環境條件與立管自身材料和建造的偶然性，一起決定了立管觸地點疲勞問題的復雜性。這些問題具體表現為：

1)深海環境遠遠復雜于陸地和近海環境。靠近水面的區域更多地受到波浪浪影響，而海床處則可能受到復雜的海流影響。復雜海況下立管觸地點動力響應是研究熱點。

2)海床土壤存在非線性反力和吸力，同時涉及到大變形問題，所以模擬鋼懸鏈線立管的真實狀態十分困難。特別是觸地點區域，立管隨時間嵌入或拔出海床，海床剛度發生退化，且土壤作用力隨嵌入深度和速度變化。準確模擬管土作用是研究難點。

3)影響觸地點疲勞壽命因素眾多，包括水動力系數、土壤特性等，特別是浮體的二階慢漂運動，會顯著改變立管觸地點。如何對參數重要性排名還需要進行敏感性分析。

4)影響立管觸地點疲勞壽命的眾多因素包含強烈不確定性，輸入參數不確定性對疲勞結果的影響需要通過不確定性分析獲得。疲勞壽命確定性分析和不確定性分析異同還需更多探討。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種鋼懸鏈線立管觸地疲勞不確定性分析方法，從而提高鋼懸鏈線立管觸地點疲勞分析精度，使鋼懸鏈線立管的分析設計更加符合工程實際情況。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的鋼懸鏈線立管觸地疲勞不確定性分析方法，包括以下步驟：

步驟一，構建鋼懸鏈線立管系統進行立管疲勞分析：