顾继俊 李云龙

(中国石油大学(北京))

0 引 言

在深水油气田勘探开发中，深水立管是必不可少的水下设备[1]。例如常见的钢制悬链线立管(SCR)可应用在水深3 000 m左右的海况中，但因其为钢制，导致立管触地区域(TDP)弯曲刚度非常大[2]，容易产生疲劳损伤。为了解决钢制悬链线立管在深水中存在的问题，一种深水缓波形立管(LWR)以其更好的顺应性得到广泛应用。其原理是在立管上安装质量较轻的浮筒，利用浮力使立管的一段隆起，形成类似于波浪的形状，从而使立管顶部与触地点分离[3]，以减小外部载荷对触地点的影响。

深水油气田开发及混输工艺要求立管可以输送较大流量的气液混合物[4-5]。在输送过程中气液混合物与立管的流固耦合作用机理很复杂，可能会造成立管的参数共振或组合共振，这使得流体引起的立管动力响应问题很难预测。如果长时间振动容易造成立管疲劳损伤甚至发生破裂，导致油气泄漏，从而给国家经济和海洋资源带来严重影响[6]。因此，研究气液两相流作用下缓波形立管的动力响应问题对保护海洋立管系统具有重要意义。J.L.RIVERIN等[7]对复杂结构管道进行了试验，认为虽然内流对管道冲击力很小，但会导致其剧烈振动。XING L.C.等[8]、YE J.等[9]、LUO X.M.等[10]和LI N.L.等[11]分别对不同结构管道的段塞流现象展开试验，并对其持液率、周期和压力等参数进行了分析。B.I.STUART[12]基于能量守恒定理，建立了含有油气水三相流垂直上升管的压力梯度表达式。刘昶等[13]为了识别海洋立管系统中可能出现的流型及考察立管系统在各流型作用下的动态响应,利用室内试验装置模拟海洋立管系统,对立管中两相流动压力波动及其引起的管道振动位移进行了测试。……