• DD282管道滑坡灾害管土耦合力学分析模型
• 海管风险管理平台
• PY30-1 WPC 段海管 ROV 探摸数据和视频巡线软件
• 东方气田海底沙脊沙波运移及其对海管安全的影响
• 南海东部海域长输海管悬跨安全预警软件
• PY30-1海管冲刷机理及悬跨治理研究
• 含缺陷悬空海底管线可靠性评估

DD282管道滑坡灾害管土耦合力学分析模型

2015年3月，课题组为北京科力华安地质灾害监测技术有限公司开发了“DD282管道滑坡灾害管土耦合力学分析模型”。该模型可高效快速地计算上千米管道在滑坡土体作用下的应力、应变随时间变化情况，并实时地给出全管段可靠性分析结果。模型前处理方便实用，提供了多种输入滑坡数据的端口，后处理实现了滑坡体位移和管道应力、应变、可靠性分析的同步动画，工程师可方便地确定危险管段。同时该计算模型也可用于指导滑坡区管道的安全监测，为滑坡区管道治理提供决策依据。与会专家对该模型给予了高度评价，一致认为该模型在计算精度、计算效率、专业性以及可操作性上都属于国内领先。

滑坡作用下滑坡体位移与管道可靠度动态变化

滑坡作用下管道等效应力与等效应变动态分布

滑坡作用下剪切带管道等效应力与等效应变动态分布

滑坡作用下剪切带管道危险点动态分布

海管风险管理平台

2013 年 6 月，课题组完成了为中海石油（中国）有限公司深圳分公司“设施设备完整性管理平台”定制的“海管风险管理平台”。该平台具备海管全生命周期多风险因素定量综合评价、风险等级实时监控、风险状态动态显示、历史回溯等功能，实现海管完整性管理中的风险评价定量化。该平台被业主方称赞为海管完整性管理系统的“发动机”和“CPU”，其关键模块已安装在深圳分公司生产部的服务器上，投入使用。

平台具有如下特点：

• 风险数据全时空覆盖
• 实时、自动风险评分
• 风险等级动态展示
• 评分时间曲线追踪
• 风险数据录入查询
• 基于WebGIS平台

PY30-1 WPC 段海管 ROV 探摸数据和视频巡线软件

2012 年 12 月，课题组完成了“PY30-1 WPC 段海管 ROV 探摸数据和视频巡线软件”项目。该软件是专为中海石油（中国）有限公司深圳分公司定制的。软件中我们采用特有的数据结构，设计了海管 ROV 探摸时空数据展示，实现了ROV 调查视频三画面同步播放，并可根据用户需求精准定位，查看海管状态。同时该软件还嵌入了统计分析计算模块，可随时查看单次或多次ROV调查的海管悬跨状态的统计结果。该软件深度挖掘 ROV 调查数据，极大地提高了其利用率，使ROV调查从投入多、产出少、可又不得不做的“鸡肋”状态，变为海管运营维护不可或缺的一部分。

软件具有如下特点：

• 海量探摸视频在线发布
• 三方向视频同步播放
• KP值一键精准定位
• 多次悬跨特征对比
• 单次悬跨分布统计

东方气田海底沙脊沙波运移及其对海管安全的影响

2012 年 10 月，课题组完成了中海石油（中国）有限公司湛江分公司“东方气田海底沙脊沙波运移及其对海管安全的影响”项目。针对南海北部湾沙波运移导致海管悬跨进而引发海管安全运行的问题，课题组提出全面考虑该海域复杂海洋环境条件（如，台风、季风、温盐、潮汐、波浪等）和沙波特征，建立高分辨率三维海洋数值模型及小尺度沙波运移模型，模拟了崎岖海底流场分布，成功预测了路由区内的沙波运移，获得了沙波运移造成海管悬跨的变化规律。依据该项目所建立的高分辨率三维数值计算模型，其分辨率已与当前国际水平持平，是预测沙质底床上海管悬跨状态变化的最有效计算模型之一。

目前课题组已开发了相应的沙波运移预报分析软件，其主要功能如下

• 参数设置和已知数据读入：用户可根据实际情况，设置计算时长、步长和泥沙中值粒径等参数；读入目标区域初始地形数据和流场数据。

• 计算：计算时可实时观察计算结果，并可根据需要随时中断计算。

• 预报结果分析：预报结果包括：a）显示最终地形；b）显示计算前后波峰线位置对比；c）设置两个任意剖面，显示剖面地形的前后变化。

南海东部海域长输海管悬跨安全预警软件

2012 年 1 月，课题组完成了中海石油（中国）有限公司深圳分公司“南海东部海域长输海管悬跨安全预警软件”项目。针对长输海管的特点，我们建立了考虑管道几何非线性和多跨耦合的长输海管力学计算模型，制定了海管安全预警等级划分规则，并以多种形式（表格、曲线、实地图像）给出悬跨管段的危险程度，实时反馈给相关部门专家，保证了第一时间预警。同时为方便用户使用，软件专门设计了全程一键式功能。只要按下开始计算，就可完成：建模、计算、评级和专家联网预警四大功能。该软件现已安装在深圳分公司生产部服务器上，受到用户认可。2012 年 9 月，深圳分公司依据该软件的预警结果有针对性地治理了 8 处高危悬跨段，相比往年节省近 6 成维护费用。

该软件具有如下功能（PipePre）

• 海管自动建模计算
• 悬跨风险分级评价
• 历次调查资料同步显示
• 远程预警实时提醒
• 分析报告自动生成

PY30-1海管冲刷机理及悬跨治理研究

2011 年 11 月，课题组完成了中海石油（中国）有限公司深圳分公司“PY30-1海管冲刷机理及悬跨治理研究”项目。考虑到海管冲刷及致悬的诸多因素—如底床土质、水动力、轴向张力、内流组分、海管自重等，我们编制了一套预测海管冲刷、致悬的算法。该算法的特点是把以往的二维冲刷拓展到实际的三维情况。考虑了海管下游尾迹和泥沙休止角对冲刷过程的影响，将水力学、土力学和泥沙运动理论相结合，提出了海管浮重作用下的泥沙起动修正判据，获得了三维冲刷坑下海管水动力分布和海管应力分布，弥补了二维冲刷模型的不足。

目前课题组已开发了相应的海管悬跨预报分析软件,可对砂质底床局部冲刷导致的海管悬跨进行预报和分析，其主要特点如下

• 波峰、波谷与海管的相对位置分析，悬跨剖面预报
• 海管浮重作用下的海床土体应力分布预测
• 海管下方冲刷坑的三维形态计算
• 局部冲刷的发展过程预报

含缺陷悬空海底管线可靠性评估

2011 年 3 月，课题组完成了中国石化胜利石油管理局“含缺陷悬空海底管线可靠性评估”项目，并将“海底管道可靠性评估软件（PipeREL）”交付使用。PipeREL 是专门针对腐蚀老化现象严重的超期服役海管设计的建模与分析工具，专为老区油田海管事故隐患提供技术服务。根据海管老化特点，该软件提出了一种随机分布的腐蚀缺陷建模方法，对受海水腐蚀的钢管外壁、被油砂磨损和气蚀的内壁，建立基于正态分布的海管结构模型。通过疲劳应力的时程数据，计算海管的疲劳损伤量、可靠性指标和失效概率。近期我们又拓展了该软件功能，包括:

• 悬跨海管的结构响应分析，包括：

  • 悬跨海管的静态极限承载状态分析，平均挠曲线或应力分布计算
  • 模态频响特性分析，各阶湿模态频率和振型计算
  • 瞬时动态响应分析，应力和位移沿轴分布的时程响应计算

• 悬跨海管的可靠性分析，包括：

  • 疲劳指标、采样周期内的疲劳损伤量及疲劳寿命计算
  • 基于可靠性分析的安全性指标、可靠性指标，失效概率等计算

详细功能说明



• 前处理

  • 可载入用户已有算例的计算参数文件或水动力数据文件。
  • 根据我国海管应用情况，程序预设了多种结构类型的海管模型，如单层钢管、单层高配重管和双层保温管，方便用户对所关心的实际海管结构建模。
  • 海底环境复杂多变，程序能对多种底床形态、跨肩约束条件、海流速度和最大冲深比等环境条件进行设置。

• 主体功能

  模块对海管响应行为的分析主要有五部分特色功能：

  • 综合考虑底床、边界条件、海流速度以及悬跨长度，可分析不同结构形式海管静态挠曲和应力分布。
  • 求解海管附加质量系数、湿模态以及水动力系数脉动幅值。
  • 以波流水动力计算模块得到的水动力时程作为输入，求解海管动态变形和应力时程变化。
  • 基于疲劳应力的时程数据，计算海管的疲劳损伤量、可靠性指标和失效概率。
  • 针对油气田长期运行海管的老化问题，该模块提供了一种随机分布的腐蚀缺陷建模方法，能够对受海水腐蚀的钢管外壁以及被油砂磨损和气蚀的内壁建立基于正态分布的海管结构模型。

• 后处理

  • 打开水动力数据文件后，程序可显示海管所受的三个方向水动力分量时程曲线。
  • 计算完成后，可显示海管触底后的挠曲线和应力分布。
  • 选择动态时程曲线，程序将挠曲位移和应力时程沿管轴线方向的分布以空间曲面的形式绘出，同时显示平面等值线图。用户可拖动滑块，变换视角自由查看。
  • 对于疲劳可靠性，可显示该工况下的疲劳寿命，并给出可靠性指标和失效概率随运行年限的变化曲线。
  • 计算完成后，用户可选择将动态响应数据保存为tecplot软件兼容格式的数据结构，后期可导入Tecplot进行后处理。

模块特色

• 静态极限承载状态计算计及了海床及其冲刷状况对海管受力的近底床效应，使数值模拟与海管真实环境条件更为逼近。
• 模态频响特性计算加入了对振动结构与流体间耦合效应的模拟，经与现行规范的定量比较，该算法更加客观合理、更偏于安全。
• 基于应力的时程响应计算悬跨海管的疲劳损伤及疲劳寿命，提高了预测的准确度。
• 运用可靠性分析方法计算悬跨海管的可靠性指标和失效概率，为复杂工况（悬跨长度、海流速度、跨肩约束、水动力、底床形态）下不同结构形式的悬跨海管安全性评价提供科学的理论参考。
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