Механіка шельфових нафтогазопроводів при укладанні, ремонті і експлуатації

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню механіки підводних трубопроводів, розробки методики визначення характеристик їх напружено-деформованого стану у пружному нелінійному просторовому деформуванні, В роботі обчислювальними методами розв’язуються задачі визначення впливу морських факторів на шельфові трубопроводи при укладанні, ремонті і експлуатації. Розв’язано прикладні задачі, що показують можливості розробленої методики на прикладах здійснювання технологічних процесів. Визначено оптимальні параметри трубопроводу при опусканні на великі глибини, стійкість і закритичну поведінку його елементів; досліджено вилив зосереджених навантажень при опусканні і позиціюванні: розглянул о напружено-деформований стан при опусканні на складний рельєф дна. Проведено експериментальні дослідження деформування зразків трубопроводу. Розроблено і впроваджено на виробництві «Методику розрахунку напружено-деформованого стану просторово викривлених підводних трубопроводів».

Диссертационная работа посвящена исследованию механики подводных трубопроводов в условиях шельфа, разработке м етодики определения характеристик их напряженно-деформированного состояния при упругом нелинейном пространственном деформировании. Направления исследований обусловлены важностью этих задач в современных условиях для обеспечения Украины собственным и энергоресурсам и, получаемым и путем разработки шельфов Азово-Черном орского бассейна. Решены прикладные задачи, имеющие производственную значимость и показывающие возможности разработанной методики. Определены оптимальные геометрические формы S-образной пространственно изогнутой осевой линии трубопровода в зависимости от параметров глубины опускания и длины части опускаемого трубопровода. Для оптимизации формы осевой линии впервые исследован закон изменения кривизны гибкого трубопровода с учетом кручения, что особенно важно для проверки прочности сварных соединений. Определены при опускании трубопровода большого диаметра значения критических нагрузок и возможные закритические формы некруглого сечения переменкой жесткости при действии гидростатической неравномерной нагрузки. Рассмотрено влияние технологических и случайных сосредоточенных нагрузок, расположенных произвольно в пространстве и действующих на трубопровод при его позиционировании или эксплуатации на любом этапе деформирования. Проанализировано деформирование оболочки трубопровода под действием скользящей или следящей сосредоточенной нагрузки, результаты исследований проверены экспериментально. Исследован процесс укладки трубопровода на заиленную поверхность дна, при этом установлено значительное увеличение внутренних силовых факторов при переходе в заиленную зону вследствие изменения плотности окружающей среды. Рассмотрено влияние сложного донного рельефа, образованного воздействием подводных течений, естественного размыва грунта на напряженно-деформированное состояние эксплуатируемого трубопровода, дамы предложения по целесообразности и способам ремонта обнаруженных опасных участков. Рассмотрено пространственное деформирование спиралевидного бандажа, навитого на не цилиндрическую поверхность, от давления со стороны перекачиваемого продукта и внешней среды, получена форма его деформированного состояния и распределение внутренних силовых факторов в трубопроводе в целом и в каждом из витков. В результате решений прикладных задач во всех случаях получены формы осевой линии и значения внутренних усилий и моментов в поперечных сечениях пространственно изогнутоготрубопровода на этапах опускания от поверхности моря до технологической отметки с одновременным контролем опасных напряжений. Проведены экспериментальные исследования деформирования образцов трубопровода. Разработана и внедрена на производстве «Методика расчета напряженно-деформ ированного состояния пространственно искривленных подводных трубопроводов».

The dissertation focuses on the research of mechanics of underwater pipelines, development of methods of determination of features theirtensely-defonned state in elastic nonlinear spatial defonnation. The problems of definition of influence of sea factors on shelf pipelines at stowage, repair and usages are solved in the research work by computing methods. The applied tasks, which demonstrate the possibilities of the worked out methods on examples of realization of technological processes are solved. Ihe optional parameters of pipeline are detennined at the time of stowage on great depths. Steadiness and critical behavior of the elements ofpipelines is determined. Die influence ofconcentrated loads at the time of stowage and positioning is explored. Tire tensely-defonued state at the time of stowage on complex relief ofthe bottom is considered. Experimental researches of deformation of samples of pipeline are made. The "Methods of calculation is tensely-deformed conditions of space defonned underwater pipelines" are worked out and put in to practice.