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管中管的应用前景添加时间:2021-05-06

    深水油气开发是一项高投入且风险大的工程,管中管是输送深海油气资源的重要设备,在深水压力、波浪、暗流等的作用时容易破坏。设计管中管结构时需要考虑材料属性、内外管的几何尺寸、张紧力大小、水深和波浪等因素。本章主要研究管中管受径向载荷时的截面变形。

    我国具有非常广阔的深水海域,单南海海域拥有的油气储量就达到240多亿立方,但是我国对石油的开采技术却远远落后国外先进国家。管中管是输送深海油气资源的重要设备.从20世纪80年代开始,国外开始对管中管进行研究,但是国内对管中管,尤其是大型管中管的研究却非常少。管中管由于细长管道铺设在深海中,在深水压力、波浪、暗流等的作用时容易破坏,损失的不仅仅油气资源,更有难以治理的油气泄漏而导致的环境破坏。

    在深水海底管道必须满足三个不同的性能,首先他们需要抵抗外部静水压力,尤其在深水2000米的时候不能崩溃。第二,在输送石油和天然气能起到保温效果。第三,由于深海管道体积和重量都相对庞大,要考率管道在水里的重量。管道铺设在海底,或者埋在海底,需要高淹没体重稳定性,而管道悬浮在水中则需要低浮重性,降低表面张力的要求。此外,在设计海底管道的荷载承载情况时,比实际安装的海底管道更加严格。比如,在安装过程中,当管道悬浮在水中时,空管道同时受到非常高的外部静水压力和弯矩。另外在极端的条件下,管件内部存在高温的流体,管件外部在冷海水中,两者相互作用下,可以导致非常大的压力和潜在的不稳定性。

    管中管截面形状的设计可以有效的解决这三方面的性能问题。管中管的截面结构包括内在和外在薄壁钢管,以及内外管件之间的坟充材料,同时填充材料也起到了提供支撑内管和外管的作用。填充材料可以选择各种各样的材料,比如从轻质的塑料或者先进的复合材料以及陶瓷等,可以根据实际需要酌情选择。

    由于管中管使用环境的特殊性,使其在油气产品的输送过程中,外管承受很大的拉伸载荷,平衡来自内层高温高压管的轴向压力。对于处于复杂环境条件下的立管,再加上双层管这种结构的特殊性,其应力分布就变得更为复杂。为了提高使用性能,减少局部的损坏,在设计管中管截面结构方面就需要设计人员更为准确地计算分析.Kyriakides用理论分析和实验的方法研究管中管系统的弯曲传播现象。Da Silva研究了的多层次管道的结构性能.Ohgaetal分析了在均匀外在压力下减小圆柱夹层薄壳刚性弯曲的方法.在国内,畅元江等通过研究平台运动、波浪、海流对钻井立管的影响,认为在钻井立管的动力响应分析中需要考虑平台的二阶低频慢漂运动的影响.周宏杰等以工程实例为背景研究了双层管的应力分布,并分析了土壤的约束作用,法兰位置对双层管的影响.郭海燕[641等通过对管中管的分析计算,认为内管流速对管中管的性能有较大的影响。

    本文利用第二章相关的理论模型,考虑填充层刚度和内外管壁厚度来分析管中管在外部静水压力作用下的局部弯曲压力。