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海底管道冲刷预测分析


第8 期  . 5.   海底管道冲刷预测分析  王凤莲 ,熊海荣 ,叶宏平 ,马坤 明  ( 海洋石油 工程股份 有限公司 , 天津 3 0 0 4 5 1 )   [ 摘  要】在海洋油气中,海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失,还造成  了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本 ̄ A i r y 线性波理论,分析了影响海底管道冲刷的时间、管道  外径 、海床处 水流流速 、波高、周期等 因素 ,估算 了裸置于海床的管道潮流作用 下的平衡冲刷量,其研 究内容和结论对 未来  海底管道冲刷预 测分析具有 一定指导意义。   [ 关键词]海底 管道 ;悬跨;冲刷深度;平衡 冲刷量;A i   r y 线性波理论  海底管道 由于具有连续 、快捷 、输送量大、   受 气 候 影 响小 等 优 点 , 己成 为 海 上 油 气 集输 的 主  要 形式 。它 连 接着 海 洋油 气 田开 发 的上游 和 下  游 ,是 输 送 油 气 的有 效 工 具 , 是整 个 海 洋 油 气 田  开 发 的 生 命 线 。合 理 分 析 管 道 在 复 杂海 洋 环 境 下  的稳 定 性 ,确 保 海 底 管 道 的安 全 运 营 , 是海 洋 油  气 开 采 中 的一 个 关 键 问题 。在 海 流 等 海 洋 环 境 载  荷 的 作 用 下 ,海 底 管 道 周 围海 床 将 发 生 局 部 冲 刷  现 象 。如 果 悬 跨 足 够 大 ,管 道 变 形 和 内部 应 力 幅  值 将 增 大 ; 同 时 , 在 海 洋 波 流 载 荷 作 用 下 ,管 道  可 能产生涡激振 动,严重时将导致管道断裂 。海  底 管道 周 围海 床 冲刷 是海 底 管 道 安 全 运 营 的 潜 在  威 胁 。 因此 ,合 理 分 析 冲刷 产 生 和 发 展 的 物 理 机  制 、准确估计冲刷 深度 并预测 悬跨长度是海底管  道 设计 中需要考 虑 的重 要 问题 。   管 道 周 围 的 冲 刷 及 其 防治 是 目前海 洋 工程 中  常 遇 到 的工 程 问题 , 因为 它关 系 到 管道 的整 体 稳  定 性 ,为 了建 造 既安 全 可 靠 又 经 济 适 用 的 管道 基  形 成 的 马蹄 形 涡和 涡 在 管道 附近 的脱 落 。 当KC 数  小 于5 时 ,属 于 大尺 度 情况 ,在 管道 周 围将 不再 出  现 马 蹄 形 涡 ,造 成 冲刷 的 原 因 是波 浪 底 部 水 质 点  运 动对 床面 的剪 切应 力 。   国 内外 学 者 对 管 道 局 部 冲 刷 进 行 了大 量 的研  究 ,主 要 有 三 大 方 法 : 试验 研 究 、理 论 分 析 和 数  值模 拟 。本文 主要 采用 理论 分析 法 。   1 冲刷 预测 研究 所需 数据  以 下列 出 的数 据 是 进 行 冲 刷 预 测 所 必 不 可 少  的。   1 . 1 波参 数  由 于 冲 刷 发 生 在 环 境 的 一 定 范 围 区域 内 ,   所 以对 于 一 系 列 的波 来 说 ,冲 刷 量 随 着 时 间而 变  化。输入数据包括 :波高H( m ) ;波幅T( s ) ; 特征  的H. T( Nw ) 中波 的数 量 ;流 动 深 度d( m) 。每 个 波  高 和 波 幅 中波 的 数 量 可 以 从 提供 的环 境 统 计 数 据 

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