[发明专利]一种近海浅水区裸置悬空管道稳定性判别方法

说明书

发明提供一种近海浅水区裸置悬空管道稳定性判别方法。该判别方法包括悬空管道调查、管道动水作用力计算、管道受力分析、计算管道最大允许悬空长度和管道失稳判别等步骤。该判别方法结合现场监测资料，可对近海浅水区海底管道稳定性状态进行判别，当现场实测悬空长度大于该方法计算值时，应及时对管道进行加固处理。

技术领域

本发明涉及海底管道防护技术领域，特别涉及一种近海浅水区裸置悬空管道稳定性判别方法。

背景技术

海底管道的铺设方法包括直接铺置和埋置(含深埋和浅埋)。但由于海床表面的凹凸不平，海床土的液化和坍塌及管道附近水动力等因素，无论采取何种铺设方法，海底管道都可能出现局部悬空现象。发生悬跨的管道可能会在波流水动力作用下出现静力破坏。这种非设计性悬空产生的非设计性荷载给海底管道安全运行带来严重隐患。自管道悬空问题开始研究以来，管道的悬空长度备受研究人员和管道技术人员的关注。

现有技术中，关于海底管道悬空长度的计算多采用弯矩修正法，管道所受波浪力的计算主要基于线性波浪理论。由于我国海上石油开采起步较晚，目前大多数油田都建在近海海域，大量的研究结果表明，在深水区采用线性波浪理论(波高H和波长L存在以下关系，即),计算误差一般在允许范围内，但对于浅水区，会引起较大的误差，因此我国在管道的建设及运行阶段需要充分考虑浅水区波浪的特点。同时，研究人员在对海底悬空管道进行受力分析时，将管道视为两端固定的简支梁结构，这与实际情况存在较大差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种近海浅水区裸置悬空管道稳定性判别方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种近海浅水区裸置悬空管道稳定性判别方法，包括以下步骤：

1)对待评价裸置悬空管道所在海域进行水文地质条件调查。

2)对待评价裸置悬空管道的悬空长度l实际和悬空高度进行调查。

3)计算裸置悬空管道的动水作用力。其中，裸置管道所受的水平力F_H如式(1)所示，垂直力F_V如式(2)所示。

式中，ρ_w为海水密度，kg/m³；g为重力加速度，取9.8m/s²；H为波高，m。R为管道的平均半径，m；d为静水深度，m；tanh(·)为双曲正切函数；sech(·)为双曲正割函数；x为水平方向变量，m；t为时间，s；C_M为惯性力系数；C_D为阻力系数；C_L为升力系数；其中，C_M、C_D和C_L通过悬空高度和水文地质条件得出。

4)对待评价裸置悬空管道进行受力分析。

5)利用静力法计算裸置悬空管道最大允许悬空长度计算表达式如式(3)所示。

式中，[σ]为材料许用应力，MPa。R₁为管道内半径，m。R₂为管道外半径，m。q为集中荷载kN/m。

6)对比l_实际与l_max的数值，对待评价裸置管道的稳定性进行判别。

进一步，步骤3)中，裸置管道所受的水平力F_H和垂直力F_V根据Morision方程和孤立波假设条件获得。

进一步，步骤5)从管道最大静的弯曲应力不超过材料许用应力[σ]的角度出发进行管道失稳判别。