基于导管架平台的附着式管缆系统及设计方法与流程

1.本发明涉及电缆技术领域，特别涉及基于导管架平台的附着式管缆系统及设计方法。


背景技术：

2.导管架平台又称桩式平台，是由打入海底的桩柱来支承整个平台，能经受风、浪、流等外力作用，具有适应性强、安全可靠、结构简单、造价低的优点。随着海洋石油开发的迅速发展，导管架式海洋平台被广泛应用在海上油田开发、海上观光以及海洋科学观测等方面。导管架平台的正常运作离不开相关水下缆的使用，在潮汐和恶劣天气的影响下水下缆会发生运动，尤其是在海面的风、浪、流较大的区域处，海洋的风、浪、流会对水下缆造成较大的冲击，长期容易对水下缆形成伤害，对水下缆的使用寿命造成一定程度的影响，进而影响导管架平台的正常运作。基于此，需要对水下缆进行保护，以抵抗海洋的风、浪、流对水下缆的冲击，目前常见的是在水下缆上安装j型护管，以对水下缆起到保护作用，但是j型护管的制造成本高，安装施工也较为复杂，这就导致整个导管架平台的施工使用成本较高。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于导管架平台的附着式管缆系统，使动态海缆成功运用于固定式导管架平台，使导管架平台新增电缆无需在动用饱和潜水和水下焊接等高风险高成本作业，节省了大量成本。
4.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
5.基于导管架平台的附着式管缆系统，其特征在于：包括与导管架上的电力系统进行连接的动态海缆、将动态海缆与导管架进行固定的若干个管卡，所述管卡包括第一固定部和第二固定部，所述第一固定部和第二固定部之间形成有用于固定于导管架上的安装孔，所述第一固定部和第二固定部之间通过连接件进行连接，所述第二固定部上形成有供动态海缆穿过的通孔。
6.本发明的有益效果为：本发明的附着式管缆系统，使用时，通过第一固定部和第二固定部之间形成的安装孔，将整个机构整体安装到导管架平台的立管或桩腿上，再将动态海缆穿过通孔，实现将动态海缆半固定安装在导管架平台的立管或桩腿上，结构简单，无需在动用饱和潜水和水下焊接等高风险高成本作业，制造和施工成本较低，可有效抵抗海洋的风、浪、流对水下缆的冲击，从而确保整个导管架平台的正常运作。
7.作为本发明的一种改进，所述第二固定部上可拆卸连接有压块，所述压块与第二固定部之间形成有所述通孔。
8.作为本发明的一种改进，所述压块的一侧转动安装于第二固定部上，所述压块的另一侧通过紧固件固定安装于第二固定部上。
9.作为本发明的一种改进，所述第二固定部上形成有安装凸台，所述压块上形成有安装凹槽，所述安装凸台伸入所述安装凹槽内，并通过销轴进行连接，从而实现压块与第二
固定部之间的铰接。
10.作为本发明的一种改进，所述压块的一侧形成有第一凹口,所述第二固定部的一侧设有第二凹口,所述第一凹口和第二凹口配合形成所述通孔，所述通孔的内径小于或等于动态海缆的直径。
11.作为本发明的一种改进，动态海缆通过锚固结构固定与海床上，且动态海缆与锚固结构的连接段外套设有保护管，所述保护管的外周设有若干环状凸起，若干环状凸起沿径向分布，且相邻两环状凸起之间形成有活动间隙。
12.一种如权利要求1所述的基于导管架平台的附着式管缆系统的设计方法，包括以下步骤：
13.s1.构建动态海缆初始线型有限元模型，在orcaflex软件中输入动态海缆所在海域的环境条件，选择管卡的数量及分布，构建出分布合理的初始线型；
14.s2.对附着式管缆系统进行静态分析，如果静态响应符合要求，则进入步骤 s3，如果静态响应不符合要求，调整管卡的分布；
15.s3.对附着式管缆系统进行动态分析，如果动态响应符合要求，则完成设计，如果动态响应不符合要求，则调整管卡的分布或数量。
16.作为本发明的一种改进，在步骤s2中，具体分析附着式管缆系统在静态概况下张力、弯曲分布情况以及模型收敛情况，若管卡之间动态海缆的张力过大，则增大两个管卡之间动态海缆的长度，若弯曲半径过大，则减小两个管卡之间缆的长度。
17.作为本发明的一种改进，在步骤s3中，加载极限海况，以每两个管卡之间的动态海缆做为一个单元，观察每个单元的受力和弯曲情况，若在某一单元发生过弯或张力过大现象，减小该单元中两个管卡之间的间隙，进行迭代，如仍然无法满足，则在该单元增加管卡数量，同时调整管卡之间的间隙，再次进行迭代，直至每个单元的受力和弯曲情况满足要求。
18.作为本发明的一种改进，在步骤s3中，在对附着式管缆系统在动态分析时，同时分析附着式管缆系统与导管架平台是否发生干涉，如果发生干涉，则减小干涉区域的管卡之间的间隙，进行迭代，如仍然无法满足，则增加干涉区域的管卡数量，同时调整管卡之间的间隙，再次进行迭代，直至不会发生干涉。
19.作为本发明的一种改进，还包括以下步骤：
20.s4.完成动态海缆整体分析后，再对管卡的数量进行进一步分析，减少管卡的数量，并增大管卡的排布间距变大，再进行步骤s2中的静态分析和步骤s3 的动态分析，如果满足，则继续减少管卡的数量，并增大管卡的排布间距变大，直至选出在能够满足静态要求和动态要求下，最少的管卡的数量。
附图说明
21.图1是本发明的动态海缆系统整体结构示意图。
22.图2是本发明的管卡整体结构示意图。
23.图3是本发明的管卡结构分解示意图。
24.图4是本发明的保护管结构示意图。
25.图中，1、导管架；2、动态海缆；3、管卡；3.1、第一固定部；3.2、第二固定部；3.21、第
一凹口；3.3、压块；3.31、第二凹口；3.4、安装孔；3.5、通孔；3.6、连接件；3.7、销轴；4、防弯器；5、对中器；6、锚固结构；7、保护管；7.1、凸环；7.2、活动间隙。
具体实施方式
26.结合附图对本发明进一步阐释。
27.参见图1至图4所示的一种基于导管架平台的附着式管缆系统，包括与导管架1上的电力系统进行连接的动态海缆2、设置于导管架1上的防弯器4和对中器5、将动态海缆2与导管架1进行半固定的若干个管卡3、将动态海缆2固定于海床上的锚固结构6，防弯器4设置于动态海缆2与导管架1平台的悬挂点处，对中器5设置于水面以下30米处，若干个管卡3设置于防弯器4和对中器 5之间。
28.从平台悬挂点到水面以下30m处属于近水面迎浪段，由于受到近水面波浪作用，近水面段动态海缆2将承受较大的波浪冲击载荷，因此本技术中，将在平台悬挂点设置防弯器4，以防止动态海缆2过弯，并且采用管卡3将动态海缆 2半固定于导管架1的立管上；并在水下30m处在导管架1上安装对中器5，实现动静态转换，将静态段贴合导管架1，方便后续夹具安装。最后再通过锚固结构6将动态海缆2固定与海床上，锚固结构6主要起到了水下锚固的作用，在动态海缆2上施加了自重，确保动态海缆2不会随着洋流移动。而且在动态海缆2与锚固结构6的连接处，在动态海缆2的外周套设有保护管7，所述保护管 7的外周设有若干环状凸起，若干环状凸起沿径向分布，且相邻两环状凸起之间形成有活动间隙7.2。当动态海缆2弯曲时，相邻两个环状凸起之间会相抵，从而避免动态海缆2弯曲过大，以及避免动态海缆2发生打扭。
29.具体而言，本实施例中，管卡3包括固定安装在导管架1平台上的第二固定部3.2以及可拆卸设置于第二固定部3.2上的压块3.3，所述压块3.3与第二固定部3.2之间形成有供动态海缆2穿过的通孔3.5。
30.所述第二固定部3.2包括第一固定部3.1和第二固定部3.2，所述第一固定部3.1和第二固定部3.2之间形成有用于固定于导管架1上的安装孔3.4，所述第一固定部3.1和第二固定部3.2之间通过连接件3.6进行连接。
31.所述压块3.3的一侧转动安装于第二固定部3.2上，所述压块3.3的另一侧通过紧固件固定安装于第二固定部3.2上。
32.所述第二固定部3.2上形成有安装凸台，所述压块3.3上形成有安装凹槽，所述安装凸台伸入所述安装凹槽内，并通过销轴3.7进行连接，从而实现压块 3.3与第二固定部3.2之间的铰接。
33.所述压块3.3的一侧形成有第一凹口3.21,所述第二固定部3.2的一侧设有第二凹口3.31,所述第一凹口3.21和第二凹口3.31配合形成所述通孔3.5，所述通孔3.5的内径小于或等于动态海缆2的直径。
34.本发明的附着式管缆系统，使用时，通过第二固定部3.2将整个机构整体安装到导管架1平台的立管或桩腿上，再将动态海缆2放置于通孔3.5内，通过压块3.3将动态海缆2进行压紧固定，实现将动态海缆2固定安装在导管架1 平台的立管或桩腿上，结构简单，无需在动用饱和潜水和水下焊接等高风险高成本作业，制造和施工成本较低，可有效抵抗海洋的风、浪、流对水下缆的冲击，从而确保整个导管架1平台的正常运作。
35.此外，在临近对中器5处的管卡3中，可以将压块3.3与第二固定块设置为一体式结构，使用时，只需要将动态海缆2穿过通孔3.5即可，这样的话，无需将压块3.3与第二固定块之间进行连接，节约了时间。
36.本技术中，还公开了一种基于导管架1平台的附着式管缆系统的设计方法，包括以下步骤：
37.s1.构建动态海缆2初始线型有限元模型，在orcaflex软件中输入动态海缆2所在海域的环境条件，包括水深、波高、周期、流速；输入浮体运动参数，包括基础尺寸、重心位置、导管架1平台；动态海缆2截面参数，包括外径、重量、刚度。基于以上输入，选择初始的管卡3分布、喇叭口形状等相关参数，包括大小、数量、间隔距离以及分布位置。构建出分布合理的初始线型。
38.s2.对附着式管缆系统进行静态分析，不加载波浪、流等环境条件。分析附着式管缆系统在静态概况下张力、弯曲分布情况以及模型收敛情况。如果静态响应符合要求，则进入步骤s3，如果静态响应不符合要求，调整管卡3的分布；若夹具间动态海缆的张力过大，则增大两个夹具之间动态海缆的长度，若弯曲半径过大，则减小间距间动态海缆的长度，
39.s3.对附着式管缆系统进行动态分析，加载极限海况，分析动态海缆2在极限海况下附着式管缆系统的整体受力情况,所有极限工况下动态海缆的张力和对应的曲率均需满足力和曲率能力曲线要求，如果动态响应符合要求，则完成设计，如果动态响应不符合要求，则调整管卡3的分布或数量,具体而言,加载极限海况，以每两个管卡3之间的动态海缆2做为一个单元，观察每个单元的受力和弯曲情况，若在某一单元发生过弯或张力过大现象，减小该单元中两个管卡3之间的间隙，进行迭代，如仍然无法满足，则在该单元增加管卡3数量，同时调整管卡3之间的间隙，再次进行迭代，直至每个单元的受力和弯曲情况满足要求。在对附着式管缆系统在动态分析时，同时分析附着式管缆系统与导管架1平台是否发生干涉，如果发生干涉，则减小干涉区域的管卡3之间的间隙，进行迭代，如仍然无法满足，则增加干涉区域的管卡3数量，同时调整管卡3之间的间隙，再次进行迭代，直至不会发生干涉。
40.s4.完成动态海缆2整体分析后，再对管卡3的数量进行进一步分析，减少管卡3的数量，并增大管卡3的排布间距变大，再进行步骤s2中的静态分析和步骤s3的动态分析，如果满足，则继续减少管卡3的数量，并增大管卡3的排布间距变大，直至选出在能够满足静态要求和动态要求下，最少的管卡3的数量,从而降低成本。
41.以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。