複雜多因素共同作用下的海底管道穩定性研究

《複雜多因素共同作用下的海底管道穩定性研究》是依託大連理工大學,由程亮擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜多因素共同作用下的海底管道穩定性研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：程亮

項目摘要

海底管道的在位穩定性是進行海洋油氣安全輸運的重要保障，其穩定性受到海洋環境條件、泥沙輸運過程、管道自身以及海床的動力回響等眾多因素的影響，並且這些因素之間還存在複雜的耦合作用，共同決定了管道的穩定性。但是，現有的海底管道穩定性設計和評價方法往往過分強調某單一因素的作用，對管道失穩的產生機理和潛在的失穩-再穩定動態發展過程缺乏深刻認識。本項目將通過試驗和三維流固耦合數值分析，綜合研究海底管道穩定性控制因素的耦合作用過程及其內在機制，並充分認識各因素對管道穩定性的雙重影響作用。包括水流、波浪以及波流聯合作用下，管道局部沖刷與自沉回填、泥沙運動與底床液化之間既相互促進又相互制約的耦合作用機理，及其對管道穩定性的動態影響作用；在此基礎上，提出新型管道穩定性保護措施，並對其潛在的積極和消極作用進行綜合研究和分析，形成客觀認識，為海底管道的穩定性設計和安全防護提供科學依據和可靠方法。

結題摘要

海底管道是聯繫海底井口與陸上終端的重要海洋工程設施，是海上油氣輸運的生命線。近年來，隨著中國南海部分深水油氣田的相繼投產，海底管道路由長度明顯加大，建設投資和維護成本迅速攀升。由於路由範圍同時橫貫深淺水海域，使得海洋環境的區域性差異顯現，體現出明顯的多樣性和複雜性，給海底管道系統的穩定性設計以及後期安全維護帶來了前所未有的挑戰。一旦海底管道發生失穩、破壞，將帶來嚴重的經濟損失和難以修復的海洋環境災害。 本項目針對波流聯合作用下的海底管道三維局部沖刷問題開展了物理模型實驗研究工作，建立了沖刷時間尺度與來流攻角、希爾茲參數、管道埋深比、KC數、波浪周期等參數的依賴關係。針對小直徑管道的在位穩定性開展了數值分析研究工作，深入的研究了海床糙率和波浪邊界層對小直徑管道受力的影響作用，提出了海底小直徑管道在位穩定性分析方法，克服了現行的海底管道在位穩定性設計規範DNV-RP-F109規範在進行小直徑海底管道穩定性設計時過於保守的缺陷。此外，還針對渦激振動，振盪流作用下近壁圓柱的受力和渦脫落模式以及固定圓柱繞流水動力等方面開展了廣泛深入的機理性研究工作，取得了豐富的研究成果。 在本項目的資助下，項目組成員在流體力學頂尖雜誌Journal of Fluid Mechanics發表3篇論文，在海洋工程國際頂尖雜誌Coastal Engineering發表1篇，有關海底小直徑管道在位穩定性分析的論文（Coastal Engineering, 2018，140: 114-123）獲得了2018年度“海洋工程Moan-Faltinsen最佳論文獎”。項目執行期間，共發表研究論文7篇，其中國外SCI論文5篇，參加國際會議2次。培養博士後1名、碩士研究生2名。以本項目的研究工作為基礎，項目負責人獲批了國家自然科學基金重大項目課題——深海土與油氣管纜的相互作用（批准號：51890913）。