海沟模型及钢悬链线立管疲劳寿命预测研究*

娄 敏 庄肃然 时 晨

(中国石油大学(华东)石油工程学院)

0 引 言

海底地层中蕴含丰富的石油与天然气资源，各大石油公司都将石油资源开发的目标投向了深海。近几年，钢悬链线立管(Steel Catenary Risers, SCR)在深海油气输送领域中广泛使用。早在1994年，壳牌公司首次将SCR用于872 m水深的张力腿平台。经过了20余年的发展，SCR被成功应用于TLP(Tension Leg Platform)平台、SPAR平台、半潜式平台和FPSO(Floating Production Storage and Offloading)等多种平台，最大应用水深超过了3 000 m。另外，由于SCR具有经济性好、管径大、承压等级高、安装简单以及耐久性好等特点，被一致认为是技术可行、经济划算的深水油田立管解决方案。

海洋环境条件十分复杂，海洋结构物面临着波浪和海流等多种环境载荷以及内部载荷的共同作用问题[1-2]，可能会发生疲劳失效破坏，造成巨大的经济损失、严重的环境破坏，甚至人员伤亡，因此对它们的疲劳寿命评估至关重要。对于SCR来说，其在触地区域的疲劳表现一直是业内关注的问题，因为它会与海床土体相互作用形成一定深度的海沟，而海沟的存在会严重影响SCR的疲劳表现。白兴兰等[3]开发了一套小比尺钢悬链线立管整体分析试验装置，用来研究海床土体对立管触地区域动力响应的影响。在管土相互作用的模拟研究中，C.P.PESCE等[4]证明了线弹性海床模型可以较好地模拟出立管与海床的相互作用。杜金新[5]提出了一种简化的模型来表示立管与海床之间的相互作用。P.E.VOIE等[6]详细地计算了立管与海床土体之间的相互作用关系，并探究了立管响应对于哪种相互作用关系较为敏感。……