發(fā)布時間：2024-05-19 19:34

　　海底管道是天然氣水合物大規(guī)模開采和集輸?shù)年P(guān)鍵裝備。天然氣水合物的開采過程會擾動沉積層的結(jié)構(gòu),改變沉積層的強度和力學(xué)特性,誘發(fā)海床發(fā)生不均勻沉降,并對水合物開采區(qū)內(nèi)海底管道的力學(xué)特性產(chǎn)生影響,如引起管道發(fā)生大變形、懸跨、屈曲、斷裂等�；�于ABAQUS有限元軟件,建立天然氣水合物開采區(qū)內(nèi)"海床-管道"耦合作用模型,模擬了天然氣水合物開采過程中海床沉降變形及其對管道應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩、懸跨等力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明,在天然氣水合物開采過程中,海床的不均勻沉降將引起管道發(fā)生顯著位移并發(fā)生彎曲,管道的應(yīng)力、應(yīng)變隨著變形的增大而增大。當海床沉降量達到某一程度時,管道將脫離海床,產(chǎn)生懸跨,并引發(fā)渦激振動風險。

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖1管道模型

基于ABAQUS有限元軟件進行數(shù)值模擬，管道模型全長600m，管道半徑0.31m，厚度0.02m，如圖1所示。管道模型采用X65鋼，主要材料參數(shù)如表1所示。ABAQUS中適用于接觸問題的單元須為減縮積分單元[10]，因此管道采用減縮積分的4節(jié)點曲面殼單元(S4R)，該單元是....

圖2海床模型

將海床的不均勻沉降作為海底管道力學(xué)分析的邊界條件，基于有限單元法的實體單元模擬水合物儲層被開挖后海床的沉降變形過程，構(gòu)造出“等效的”不均勻海床表面變形形態(tài)，不需要對水合物開采過程中的熱量傳遞、固氣轉(zhuǎn)變等過程進行分析。分析時，海床選擇減縮積分的8節(jié)點六面體單元(C3D8R)，該單元....

圖3海床的不均勻沉降模擬

“生死單元”功能是為了克服有限元本身缺陷提出的一種分析方法，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)開采、隧道鉆進、基坑開挖等巖土工程領(lǐng)域，用來模擬被開挖部分“消失”的情況[11-12]。該單元彌補了有限單元法常規(guī)單元的不足。由于有限元本身是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的，所研究的物體需要是連續(xù)的，在這樣的理論框架....

圖4海床位移云圖

通過ABAQUS進行數(shù)值模擬，對水合物進行分步開采，得到開采過程中的每一步海床沉降量及形態(tài)分布結(jié)果，如圖4、圖5所示。提取第5、第7、第9和第10步開采的位移云圖，開采影響范圍分別為100m、140m、180m和200m，分別如圖5所示。從圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，隨著開采范圍....

本文編號：3978362