基于卷管铺设的管道椭圆度损伤参数研究.pdf

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1、石油机械２０１６年第４４卷第３期ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ—７３—◀海洋石油装备▶∗基于卷管铺设的管道椭圆度损伤参数研究王彦辉蔡志勤赵岩岳前进（大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室）摘要：卷管铺设过程中管道会发生数次弯曲，产生往复的塑性变形，导致管道产生很大的截面椭圆度损伤，大大降低管道的屈服承载能力。基于有限元软件ＡＢＡＱＵＳ中的Ｓｔａｎｄａｒｄ模块建立了管道的上卷和退卷模型，模拟了卷管铺设中管道的上卷⁃退卷⁃校准和校直过程，研究了卷管铺设时无缺陷管道的外径、厚径比和钢材级别对管道椭圆度损伤的影响。研究结果表明，当厚径比相同时，管道外径越大，管道的椭圆度

2、损伤越大；当管径相同时，管道厚径比越大，管道的椭圆度损伤越大；钢材级别对管道椭圆度损伤影响很小。研究结果可为卷管式铺管法的现场应用提供参考。关键词：海底管道；卷管铺设；椭圆度；厚径比；上卷；退卷；有限元中图分类号：ＴＥ９５２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１６?０３?０１６ＰａｒａｍｅｔｅｒＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＯｖａｌｉｔｙＤａｍａｇｅｏｆｔｈｅＰｉｐｅＢａｓｅｄｏｎＲｅｅｌ⁃ｌａｙＰｒｏｃｅｓｓＷａｎｇＹａｎｈｕｉＣａｉＺｈｉｑｉｎＺｈａｏＹａｎＹｕｅＱｉａｎｊｉｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａ

3、ｌＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｗｏｕｌｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｅｖｅｒａｌｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｄｕｒｉｎｇｒｅｅｌ⁃ｌａｙｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｒｅ⁃ｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌａｒｇｅｏｖａｌｉｔｙｄａｍａｇｅ，ｔｈｕｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｂｅａｒｉｎｇｃａ⁃ｐａｃｉｔｙ?ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｔａｎｄａｒｄｍｏｄｕｌｅｏｆｆｉｎｉｔｅｅ

4、ｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳ，ｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｒｅｅｌｉｎｇａｎｄｕｎｒｅｅｌｉｎｇｍｏｄｅｌｈａｓｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｒｅｅｌｉｎｇ⁃ｕｎｒｅｅｌｉｎｇ⁃ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇａｎｄａｌｉｇｎｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｄｕｒｉｎｇｒｅｅｌ⁃ｌａｙ?Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉａｍｅｔｅｒ，ｄｉａｍｅｔｅｒｔｏｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌｇｒａｄｅｏｆｄｅｆｅｃｔ⁃ｆｒｅｅｐｉｐｅｏｎｔｈｅｏｖａｌｉｔｙｄａｍａｇｅｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄ⁃ｉｅｄ?Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｇｉｖｅｎｔｈｅｓａｍｅｄ

5、ｉａｍｅｔｅｒｔｏｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏ，ｔｈｅｐｉｐｅｏｖａｌｉｔｙｄａｍａｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒ?Ｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｐｉｐｅｏｖａｌｉｔｙｄａｍａｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｐｉｐｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?Ｔｈｅｓｔｅｅｌｇｒａｄｅｈａｓｌｉｔｔｌｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｐｉｐｅｏｖａｌｉｔｙｄａｍａｇｅ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｓｅａｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｒｅｅｌｌａｙ；ｏｖａｌｉｔｙ；ｄｉａｍｅｔｅｒｔｏｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏ；ｒｅｅｌｉｎ

6、ｇ；ｕｎｒｅｅｌｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅ⁃ｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ界范围内得到广泛应用。卷管式铺管法主要分为上０引言卷和退卷２个阶段。首先，在陆地上焊接好的管道被卷入一个大直径的卷筒上，然后将卷筒运输到铺铺管船法是海洋油气管道铺设的主流方式之管船上，完成上卷工作。其次，在管道铺设阶段，一，一般有Ｓ型、Ｊ型和卷管式铺管等３种方卷筒上的管道进行退卷，依次经过校准器、校直器［１］法。其中，卷管式铺管法适合于深水小口径管和张紧器，进而被铺设到海床上，完成退卷工作。道铺设，铺设管径通常为１０１?６～４０６?４ｍｍ（４～１６校直器由上位履带组和下位履带组组成，退卷时下［２］［３－４］ｉｎ），并且

7、铺设效率高，铺管费用低，在世位履带组抱紧管道，上位履带组下压从而对行进中∗基金项目：国家９７３计划项目“深海水下油气输送系统可靠性理论研究”（２０１４ＣＢ０４６８０３）。—７４—石油机械２０１６年第４４卷第３期［５］的管道进行校直。然而在上卷和退卷过程中，铺设过程的动态模拟和分析。管道会发生数次的弯曲，产生往复的塑性变１?１有限元模型［６－７］形，这会导致管道产生很大的截面椭圆度损卷筒、校准器、校直器和张紧器都通过拉伸的伤，大大降低其屈曲承载能力。方式建立为解析刚体模