多層海洋采氣管道上升段屈曲研究

劉子赫，郭志陽，莫光貴，李昌華，張學齡

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

作為海洋工程的“生命線”，海底管道因其高效、經濟、便捷等優點被廣泛應用于海上油氣生產活動的各個環節。隨著海洋石油工業發展，開采深度不斷增加，幾乎所有的管道都面臨著觸發整體屈曲變形的考驗。當管道發生屈曲時，可能會同時引發屈服和塑性變形，極大的影響了海底管道的安全。

早期學者主要集中研究在小坡角、小變形條件下的平直管道整體屈曲的理論。最早的海底管道屈曲理論是Hobbs 等[1]在小坡角假設條件下推導出的，僅限于對屈曲發生時刻平直管道臨界軸向力的判斷，Taylor等[2]于1986 年建立了單拱缺陷及雙拱缺陷的管道整體屈曲解析解，該解析解被認為是初始缺陷管道水平向整體屈曲的經典解；Sriskandarajah 等[3]分析了海底管道水平向整體屈曲受幾何初始缺陷的影響規律，并求解了不同初始缺陷下管道整體屈曲的臨界軸力；Karampour 等[4]推導了指數型土體約束力模型下海底管道水平向整體屈曲數值解，研究了初始缺陷形狀對整體屈曲特征的影響；Miles 等[5]采用小比尺模型試驗研究了管道水平向整體屈曲規律，重點研究了整體屈曲形成后的發展規律。受限于早期計算機算力不足，研究圍繞海底管道的整體理論設計，對大部分工程問題提供了一定理論設計指導，未能有效應對實踐工程。

隨計算機發展，學者們更多使用有限元方法對包含有預作用水平管道進行屈曲行為研究。……