[发明专利]一种钢悬链线立管触地疲劳不确定性分析方法

说明书

本发明公开了一种钢悬链线立管触地疲劳不确定性分析方法：构建钢悬链线立管系统进行立管疲劳分析；引入Morris方法进行立管触地点疲劳损伤的敏感性分析；采用蒙特卡洛方法模拟研究触地点疲劳寿命不确定性。本发明提高了钢悬链线立管触地点疲劳分析精度，使钢悬链线立管的分析设计更加符合工程实际情况。

技术领域

本发明属于深海立管研究技术，更具体的说，是涉及一种钢悬链线立管触地疲劳不确定性分析方法。

背景技术

立管用于连接海面浮体与海底井口、运送油气资源，是深海油气开发的关键设备，具有不可替代的作用。随着水深增加，立管系统建造、安装成本与难度迅速变大，合理的深海立管解决方案成为深海油气开发领域的重要问题。

钢悬链线立管(SCR)作为一种新型立管，在成本、工作水深、顺应性方面具有独特的优势，已经得到广泛运用；另一方面，钢悬链线立管非线性动力特性明显，其设计、建造、安装和安全工作也面临新的挑战。疲劳损伤是限制钢悬链线立管的广泛应用的重要因素，钢悬链线立管疲劳损伤主要来自以下几个方面：波浪直接作用引起的疲劳；水面浮体运动引起的疲劳；海流作用下的涡激震动(VIV)引起的疲劳；海流作用下涡激浮体运动(VIM)引起的疲劳；以及安装时产生疲劳问题。

由于所在海域不同，浮体结构类型不同等因素的影响，来自不同方面的钢悬链线立管疲劳损伤所占的比重就不同。在工作状态时，沿着钢悬链线立管的长度疲劳损伤因其所处位置而各异，一般受到损伤最严重的位置是在顶部立管和浮体的连接处和钢悬链线立管开始和海底接触的部位(触地点，touch down point)。其中钢悬链线立管触地点处的疲劳损伤又尤其严重，现行的关于触地点处疲劳损伤计算方法做了大量假设。但是过于保守的疲劳损伤算法给钢悬链线立管的设计带来更大的挑战。关于钢悬链线立管触地点疲劳计算方法的过于保守和不确定性已经有所研究。但是，以往研究工作或是从试验的角度来研究钢悬链线立管和土壤的相互作用及对疲劳的影响，或是针对钢悬链线立管疲劳寿命不确定性中的个别因素进行了理论分析，尚未见到关于钢悬链线立管疲劳寿命不确定性的全面系统理论研究。由于深海环境具有很强的随机性，而海床土壤又具有很强的不确定性，这些环境条件与立管自身材料和建造的偶然性，一起决定了立管触地点疲劳问题的复杂性。这些问题具体表现为：

1)深海环境远远复杂于陆地和近海环境。靠近水面的区域更多地受到波浪浪影响，而海床处则可能受到复杂的海流影响。复杂海况下立管触地点动力响应是研究热点。

2)海床土壤存在非线性反力和吸力，同时涉及到大变形问题，所以模拟钢悬链线立管的真实状态十分困难。特别是触地点区域，立管随时间嵌入或拔出海床，海床刚度发生退化，且土壤作用力随嵌入深度和速度变化。准确模拟管土作用是研究难点。

3)影响触地点疲劳寿命因素众多，包括水动力系数、土壤特性等，特别是浮体的二阶慢漂运动，会显著改变立管触地点。如何对参数重要性排名还需要进行敏感性分析。

4)影响立管触地点疲劳寿命的众多因素包含强烈不确定性，输入参数不确定性对疲劳结果的影响需要通过不确定性分析获得。疲劳寿命确定性分析和不确定性分析异同还需更多探讨。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种钢悬链线立管触地疲劳不确定性分析方法，从而提高钢悬链线立管触地点疲劳分析精度，使钢悬链线立管的分析设计更加符合工程实际情况。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的钢悬链线立管触地疲劳不确定性分析方法，包括以下步骤：

步骤一，构建钢悬链线立管系统进行立管疲劳分析：