[發(fā)明專利]一種適用于海底管道棘輪效應(yīng)評估的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210200163.9
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN114676605A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫國民;李慶;黃鈺;王樂芹;楊琥;倪自強(qiáng);熊海榮;余志兵
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋石油工程股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F113/14;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京東方靈盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11506
• 代理人: 鄭利華

本發(fā)明公開了一種適用于海底管道棘輪效應(yīng)評估的方法，該方法針對海底管道在服役期間產(chǎn)生的棘輪效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合海底管道流動(dòng)保障要求以及管土作用的影響，創(chuàng)新性的提出了基于誘發(fā)機(jī)理的海底管道棘輪效應(yīng)的篩選判別方法及有限元評估方法，從而使工程設(shè)計(jì)更符合海底管道真實(shí)的服役狀態(tài)，在工程實(shí)踐中具有較好的應(yīng)用及推廣價(jià)值，填補(bǔ)了國內(nèi)在相關(guān)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，特別是涉及一種適用于海底管道棘輪效應(yīng)評估的方法。

背景技術(shù)

棘輪效應(yīng)廣泛存在于服役期關(guān)斷操作頻繁的海底管道中，影響海底管道的在位狀態(tài)及結(jié)構(gòu)安全。海底管道在運(yùn)營期間根據(jù)作業(yè)需要經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)輸送關(guān)斷的情況，而重復(fù)進(jìn)行輸送啟動(dòng)、關(guān)斷操作所產(chǎn)生的循環(huán)荷載會(huì)對海底管道的在位狀態(tài)造成影響，誘使海底管道在服役過程中產(chǎn)生棘輪效應(yīng)。目前國內(nèi)外對于棘輪效應(yīng)的研究主要集中在材料領(lǐng)域，針對海底管道工程的棘輪效應(yīng)研究較少。在海底管道工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，目前國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系對于棘輪效應(yīng)的影響沒有提供明確的評估方法，工程設(shè)計(jì)中通常是在熱膨脹位移的基礎(chǔ)上考慮一定的設(shè)計(jì)余量，缺少定量的分析評估，從而使設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以對海底管道的棘輪效應(yīng)進(jìn)行評估的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種適用于海底管道棘輪效應(yīng)評估的方法，其特征在于，包括有以下步驟：

S1：進(jìn)行海底管道棘輪效應(yīng)評估的前期準(zhǔn)備；

S2：計(jì)算海底管道的全約束有效軸力增量，記為ΔS；

S3：依據(jù)上述全約束有效軸力增量，計(jì)算穩(wěn)定循環(huán)下海底管道受到的恒定摩擦力f_A，計(jì)算膨脹過程中單位長度海底管道受到的土壤摩擦力f_B；

S4：比較上述f_A和f_B的大小完成海底管道棘輪效應(yīng)的初步篩選，篩選出符合2≥f_B/f_A≥1的海底管道；

S5：針對上述符合2≥f_B/f_A≥1的海底管道，確定該海底管道的熱循環(huán)次數(shù)并建立有限元模型；

S6：在上述有限元模型中對海底管道進(jìn)行加壓、升溫、降壓、降溫的熱循環(huán)加載并進(jìn)行計(jì)算；

S7：依據(jù)上述的有限元計(jì)算結(jié)果繪制出海底管道在熱循環(huán)荷載作用下的棘輪效應(yīng)位移-循環(huán)曲線；

S8：判定上述位移-循環(huán)曲線的收斂性，并計(jì)算出位移-循環(huán)曲線收斂的海底管道的管端總位移；

S9：將上述計(jì)算出的管端總位移作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用于與海底管道相連接的水下結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成海底管道棘輪效應(yīng)的評估。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，所述步驟S1中，需要確定海底管道全服役期的流動(dòng)保障要求和海底管道全路由的管土作用數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，所述步驟S2中，采用以下公式計(jì)算：

ΔS＝-(p₂-p₁)·A_i·(1-2·υ)-E·A_s·α·(T₂-T₁)

其中，ΔS為全約束有效軸力增量；p₂為關(guān)斷后的壓力；p₁為關(guān)斷前的壓力；A_i為管道內(nèi)截面積，A_s為鋼管截面積，E為楊氏模量，α為熱膨脹系數(shù)；ν為泊松比；T₂為關(guān)斷后的溫度；T₁為關(guān)斷前的溫度。