李效民，崔 鵬，張 莉，郭海燕

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2. 山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590)

?

深水立管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)波作用的分析與探討?

李效民1，崔 鵬1，張 莉2，郭海燕1

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2. 山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590)

深水立管的設(shè)計(jì)、建造以及安裝都必須依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，中國(guó)當(dāng)前尚未出臺(tái)專(zhuān)門(mén)針對(duì)立管設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段還是以參考國(guó)外規(guī)范為主。本文首先對(duì)立管設(shè)計(jì)、安裝中涉及的相關(guān)規(guī)范和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，論述當(dāng)前國(guó)外API、ABS和DNV設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于深水立管環(huán)境條件及其載荷的相關(guān)規(guī)定，然后針對(duì)中國(guó)南海等海域普遍存在的內(nèi)波現(xiàn)象，分析了內(nèi)波尤其是內(nèi)孤立波對(duì)頂張力立管的影響，結(jié)果表明，內(nèi)孤立波會(huì)引起立管較大的位移以及較高的應(yīng)力幅值，需要在設(shè)計(jì)分析中加以考慮。最后對(duì)中國(guó)在引入API、ABS和DNV等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)深水立管時(shí)提出相應(yīng)的建議，以期為南海海域油氣開(kāi)發(fā)中立管的設(shè)計(jì)提供參考。

立管規(guī)范； 內(nèi)波； 頂張力立管； 極值響應(yīng)

隨著陸地油氣資源的不斷消耗，包括ExxonMobile、BP和Shell公司在內(nèi)的世界各大石油公司在油氣勘探的主攻方向上，已實(shí)現(xiàn)由陸地、淺水到深水海域找油的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。當(dāng)前世界已探明的油氣資源主要分布在墨西哥灣、巴西海域和西非海域，然而隨著新的深水油氣田的不斷發(fā)現(xiàn)，亞洲，尤其是南中國(guó)海和澳大利亞海域正在成為新的深水油氣產(chǎn)區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，南海海域蘊(yùn)藏含油氣構(gòu)造200多個(gè)，油氣田約180個(gè)，大概在230億～300億t之間，約占中國(guó)石油總資源量的1/3。

為適應(yīng)深海油氣勘探開(kāi)發(fā)，一系列新型順應(yīng)式海洋平臺(tái)如張力腿平臺(tái)(TLP)、Spar平臺(tái)等以及各種浮式儲(chǔ)油裝置(FPSO)繼1950年代相繼出現(xiàn)并得到應(yīng)用。2012年5月9日，隨著中國(guó)首座自主設(shè)計(jì)、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油981”的鉆頭在南海荔灣6-1區(qū)域1500m深的水下探入地層，我國(guó)海洋石油工業(yè)深水戰(zhàn)略邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。而不管采用何種類(lèi)型的平臺(tái)型式開(kāi)發(fā)海洋油氣田，都需要使用海洋立管，如輸送油氣的立管，平臺(tái)上的鉆探、采油、注水立管等。作為油氣資源勘探開(kāi)發(fā)必不可少的立管系統(tǒng)，上端連接于海面浮式平臺(tái)，下端則連接于海底井口，除了上下端外中間部分再無(wú)其他任何固定支撐，因此整個(gè)立管完全處于各種海洋環(huán)境載荷作用中。各種海洋環(huán)境條件均會(huì)對(duì)深海立管的各種海洋各種海洋環(huán)境條件均會(huì)對(duì)深海立管的安全性和作業(yè)效率產(chǎn)生很大的影響，必須對(duì)其所處各種海洋環(huán)境下的動(dòng)力響應(yīng)性能進(jìn)行深入研究。

所有的浮式結(jié)構(gòu)物及其附屬管線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析、建造以及安裝都必須依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)建造規(guī)范，然而中國(guó)當(dāng)前尚未出臺(tái)專(zhuān)門(mén)針對(duì)海洋立管設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段還是以參考國(guó)外API、ABS和DNV等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或推薦操作規(guī)程為主。本文首先對(duì)立管的相關(guān)規(guī)范和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，探討當(dāng)前國(guó)外設(shè)計(jì)規(guī)范API、ABS和DNV中關(guān)于深水立管環(huán)境載荷的相關(guān)規(guī)定，指出各規(guī)范對(duì)內(nèi)波作用都缺乏足夠重視。然后介紹我國(guó)南海等海域常見(jiàn)的內(nèi)波現(xiàn)象，依據(jù)內(nèi)孤立波Kdm-KdV方程結(jié)合改進(jìn)的Morison公式，分析了內(nèi)孤立波對(duì)頂張力立管的影響，最后對(duì)中國(guó)在引入API、ABS和DNV等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)深水立管時(shí)提出相應(yīng)的建議，以期為立管的設(shè)計(jì)提供參考。

1 立管規(guī)范和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)介紹

1.1 API規(guī)范

API是美國(guó)石油學(xué)會(huì)(American Petroleum Institute)的英文縮寫(xiě)，關(guān)于海洋立管的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要有APIRP2RD[1]。APIRP2RD是關(guān)于浮式生產(chǎn)系統(tǒng)(FPS)和張力腿平臺(tái)立管的設(shè)計(jì)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)第四章設(shè)計(jì)荷載和環(huán)境(Design loads and conditions)指出了需要考慮的各種荷載(見(jiàn)表1)。

從表1中以及APIRP2RD中4.2條指出在設(shè)計(jì)FPS立管時(shí)需考慮的環(huán)境荷載有表面波浪、海流、船體運(yùn)動(dòng)、地震和冰荷載。其中對(duì)前3種載荷進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹?！?.2.2.1波浪(Surface waves)”節(jié)指出由于海面狀況的不規(guī)律特性，常用一些波浪的統(tǒng)計(jì)參數(shù)來(lái)描述海況，例如浪高、峰值周期譜(Spectral peak period)、形狀譜(Spectral shape)和方向性。波浪也會(huì)引起與立管相連的的FPS船體的振動(dòng)，船體的運(yùn)動(dòng)又會(huì)對(duì)立管產(chǎn)生影響。“4.2.2.2 流(Current)”節(jié)中指出來(lái)流對(duì)立管產(chǎn)生橫向作用，對(duì)FPS產(chǎn)生偏移。流可能是由風(fēng)、潮汐、海洋環(huán)流、渦泄以及內(nèi)部波浪產(chǎn)生。設(shè)計(jì)者應(yīng)該將各種流和浪進(jìn)行組合以獲取設(shè)計(jì)荷載。“4.2.2.3 駁船運(yùn)動(dòng)(Vessel motions)”節(jié)指出FPS操作船將環(huán)境荷載的響應(yīng)直接傳遞給立管的頂端，船體偏移和運(yùn)動(dòng)組成立管的靜力荷載和動(dòng)力荷載。

表1 立管載荷Table 1 Riser loads

1.2 船級(jí)社規(guī)范

除了API外，還有相當(dāng)多國(guó)家的船級(jí)社對(duì)立管的設(shè)計(jì)有相關(guān)規(guī)定，如美國(guó)船級(jí)社(ABS)的Subsea Riser System[2]以及挪威船級(jí)社(DNV)的DNV-RP-C205 Environmental Conditions and Environmental Loads[3]、DNV-OS-F201 Dynamic Riser[4]和DNV-OS-F101 Submarine Pipeline Systems[5]等同樣適用于立管的設(shè)計(jì)。

美國(guó)船級(jí)社成立于1862年，屬非政府組織，主要致力于為公共利益和客戶(hù)需求服務(wù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證海洋相關(guān)設(shè)施的設(shè)計(jì)、建造和操作標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)生命、財(cái)產(chǎn)和自然環(huán)境的安全。 Subsea Riser System中對(duì)水下立管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，其中第二章第二節(jié)關(guān)于環(huán)境載荷中指出立管所受主要載荷包括風(fēng)、浪、流及其風(fēng)浪流聯(lián)合作用、潮汐、附著微生物、地震、海冰等。

挪威船級(jí)社的海洋標(biāo)準(zhǔn)系列是建立在挪威船級(jí)社長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和研究工作上的中立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，代表了挪威船級(jí)社在近海結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工上成功經(jīng)驗(yàn)。挪威船級(jí)社海洋標(biāo)準(zhǔn)可以獨(dú)立使用，也可作為挪威船級(jí)社海洋工程分類(lèi)和認(rèn)證服務(wù)的基本要求。DNV-RP-C205對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)中需要考慮的環(huán)境狀況和環(huán)境荷載進(jìn)行了最為詳細(xì)的論述，文中指出海洋結(jié)構(gòu)物所受到的最主要荷載包括風(fēng)、浪、流、潮汐，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)在某些特殊情況下，海冰、地震、海床條件、溫度、結(jié)垢、能見(jiàn)度成為設(shè)計(jì)中考慮的重要因素。DNV-OS-F201是關(guān)于海洋立管動(dòng)力分析的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指出對(duì)于立管的動(dòng)力設(shè)計(jì)主要包括波、流以及浮體運(yùn)動(dòng)。DNV-OS-F101對(duì)水下管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需考慮的因素、設(shè)計(jì)前提和文件、載荷及相關(guān)設(shè)計(jì)判別標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了詳細(xì)論述；在SEC.3章C節(jié)環(huán)境條和SEC.4章C節(jié)環(huán)境載荷對(duì)需要考慮的環(huán)境條件風(fēng)、潮汐、波浪、海流、海冰、空氣和海水溫度、附著微生物及其引起的載荷進(jìn)行了說(shuō)明。

1.3 各規(guī)范相關(guān)內(nèi)容分析

從以上提及的各個(gè)規(guī)范或操作規(guī)程中可以看出，在進(jìn)行立管設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的環(huán)境條件雖然各有差異，但歸納起來(lái)主要有風(fēng)、浪、流、潮汐、浮體運(yùn)動(dòng)以及海冰、地震、海床條件、溫度、附著微生物等，然而在這些環(huán)境條件中都未考慮內(nèi)波的影響。需要指出的是，DNV-OS-F101中SEC.3章C節(jié)201條指出能夠削弱立管系統(tǒng)功能或者降低立管可靠性和安全性的環(huán)境現(xiàn)象都應(yīng)該給予考慮，雖然有提及內(nèi)波及其他由于水密度差異引起的效應(yīng)，但并未對(duì)該環(huán)境現(xiàn)象及其對(duì)引起的立管載荷進(jìn)行論述。APIRP2RD中4.2.2.2條“流(Current)”中對(duì)由內(nèi)波(Internal wave)引起的海流亦有提及，但同樣沒(méi)有關(guān)于內(nèi)波的進(jìn)一步闡述。

DNV-RP-C205指出那些能夠?qū)Y(jié)構(gòu)引起強(qiáng)度破壞、影響操作或者干擾航行的自然現(xiàn)象都應(yīng)該進(jìn)行考慮。同時(shí)也強(qiáng)調(diào)在特殊情況下，某些現(xiàn)象如海冰、地震、海床條件、溫度、結(jié)垢、能見(jiàn)度可能成為設(shè)計(jì)中考慮的重要因素。那么內(nèi)波同樣可能成為必不可少的考慮因素之一，然而這些并沒(méi)有包含在該推薦規(guī)程中。

當(dāng)前國(guó)外規(guī)范中之所以未對(duì)內(nèi)波引起足夠重視，主要原因在于當(dāng)前世界主要海洋石油產(chǎn)區(qū)墨西哥灣、巴西海域和西非海域內(nèi)波很少發(fā)生。然而中國(guó)南海海域廣闊、海底地形復(fù)雜，水深較深，海面和海底存在溫差，密躍層和溫躍層常年存在，海水穩(wěn)定均勻?qū)踊?，?dāng)有內(nèi)潮波經(jīng)過(guò)劇烈變化的地形時(shí)，就會(huì)形成內(nèi)孤立波，中國(guó)南海北部海域內(nèi)孤立波十分活躍，南海深水油氣田開(kāi)發(fā)必須考慮內(nèi)波對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的作用。

2 內(nèi)波及其對(duì)立管的作用

2.1 內(nèi)波

實(shí)際上海洋中海水密度在垂向上是連續(xù)分層的，當(dāng)有擾動(dòng)源存在時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生表面模態(tài)的波浪，而且在流體的內(nèi)部還會(huì)產(chǎn)生內(nèi)波模態(tài)的水波。海洋內(nèi)波可以同時(shí)向深海區(qū)和淺水區(qū)傳播，在特殊地形下，內(nèi)波會(huì)裂變產(chǎn)生大振幅內(nèi)孤立波。內(nèi)孤立波在傳播過(guò)程中產(chǎn)生的擾動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致海水的強(qiáng)烈福聚和突發(fā)性的海流，上層海流速度可達(dá)2.5m/s，下層海流每達(dá)也可達(dá)1.5m/s，上下反向強(qiáng)烈海流對(duì)水中結(jié)構(gòu)物引起巨大剪切力，將會(huì)對(duì)各種海洋結(jié)構(gòu)物造成嚴(yán)重威脅。

中國(guó)南海內(nèi)孤立波具有流速較強(qiáng)、振幅較大的特點(diǎn)。孫文俊和沈斌堅(jiān)[6]描述了 “東方紅2”號(hào)試驗(yàn)船漂航狀態(tài)下的軌跡圖(見(jiàn)圖1)。2007年7月20日2∶45～3∶20, 一個(gè)強(qiáng)度很大的內(nèi)孤立波自東向西傳播, 3000t 的試驗(yàn)船在短短的20min內(nèi)向西漂航1160m左右, 平均漂流速度達(dá)到近1m/s。

圖1 漂航狀態(tài)下內(nèi)波經(jīng)過(guò)時(shí)的軌跡圖(單位:°)Fig.1 GPS track when internal wave passing by

立管貫穿于整個(gè)海洋水深范圍內(nèi)，因此不論其發(fā)生深度如何，必然經(jīng)受包括內(nèi)孤立波在內(nèi)的內(nèi)波作用。海洋內(nèi)孤立波在其傳播過(guò)程中會(huì)引起海水的強(qiáng)剪切流動(dòng)，不僅會(huì)對(duì)海洋立管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的沖擊載荷，而且還會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生大幅度的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)內(nèi)波引起立管的這種大變形效應(yīng)與海流引起的立管大變形效應(yīng)疊加等耦合現(xiàn)象時(shí)，很可能會(huì)引發(fā)立管的突然斷裂等災(zāi)難性事故，對(duì)立管的安全和正常運(yùn)行造成直接的破壞作用。下文將主要針對(duì)內(nèi)孤立波對(duì)深水頂張力立管的作用展開(kāi)分析。

2.2 內(nèi)孤立波作用力數(shù)值模擬

在大多數(shù)情況下，海洋中海水密度的垂向分布可以近似認(rèn)為是兩層結(jié)構(gòu)，即水體由密度不同的兩層構(gòu)成，兩層之間的密度躍層厚度很小從而可以忽略。這種近似雖然簡(jiǎn)單，但卻是一般中、低緯度淺海區(qū)域春夏秋三季層化狀況的粗略近似[7]。本文采用兩層密度分布模型來(lái)模擬內(nèi)孤立波，假定上層海水密度和深度分別為ρ1和h1，下層海水密度和深度分別為ρ2和h2，水深h=h1+h2，內(nèi)孤立波振幅為η0(見(jiàn)圖2)，設(shè)定未擾動(dòng)的兩層流體界面處為OXY平面，坐標(biāo)原點(diǎn)在兩層流體界面處，內(nèi)孤立波沿OX軸正向傳播。

圖2 內(nèi)孤立波及其參數(shù)定義Fig.2 Schematic of internal solitary wave and its parameters

在大多數(shù)情況下, 內(nèi)孤立波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于立管的直徑,于是對(duì)于模態(tài)數(shù)較低的內(nèi)孤立波，其特征波長(zhǎng)L較大,使得D/L≤0.15 能夠滿(mǎn)足，可以采用Morison公式模擬內(nèi)孤立波對(duì)立管的作用，如下式所示。

(1)

3 內(nèi)孤立波作用下頂張力立管動(dòng)力響應(yīng)分析

3.1 立管運(yùn)動(dòng)方程

假定頂張力立管在初始位置時(shí)垂直，以立管未變形的位形為Z軸，向上為正，取立管底部為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸水平向右為正，Y軸垂直紙面向里為正。僅考慮立管受內(nèi)孤立波來(lái)流向的荷載，因而立管的變形和內(nèi)孤立波引起的流速都在XOZ平面發(fā)生。同時(shí)假定管內(nèi)流體以恒定速度V流動(dòng)，內(nèi)孤立波沿OX軸正向傳播。立管運(yùn)動(dòng)方程可寫(xiě)為如下形式[8-9]：

(2)

其中：mr,mi和ma分別為單位長(zhǎng)度立管質(zhì)量,內(nèi)部流體質(zhì)量,外部流體附加質(zhì)量；C為結(jié)構(gòu)阻尼；C′為水動(dòng)力阻尼，C′=ρeCDDu，u為周?chē)黧w的速度(這其中包括了波浪、內(nèi)孤立波引起的水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度以及海流速度)；Te為立管的有效張力；f′為流體作用力，

(3)

3.2 立管動(dòng)力響應(yīng)分析

本文以蔡樹(shù)群等[10]1992年在南海北部一孤立子內(nèi)波的實(shí)測(cè)資料為參數(shù)計(jì)算立管動(dòng)力響應(yīng)。具體參數(shù)如下：上層水深h1=60m，密度ρ1=1025kg/m3；下層水深h2=412m、密度ρ2=1028kg/m3，內(nèi)孤立波振幅η0=75m，持續(xù)時(shí)間T=1100s。在計(jì)算的初始時(shí)刻，內(nèi)孤立波波谷距立管軸線1250m。立管參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 頂張力立管參數(shù)Table 2 Parameters of top tension riser

引入上述內(nèi)孤立波和立管參數(shù)，編制Matlab程序計(jì)算南海實(shí)測(cè)內(nèi)孤立波作用下頂張力立管的動(dòng)力響應(yīng)。圖3是頂張力立管3個(gè)不同節(jié)點(diǎn)位置(分別為上層流體中點(diǎn)、兩層交界面和下層流體中點(diǎn))的順流向位移時(shí)程圖，水平坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為相對(duì)立管位移值。從圖中可以看出，立管的順流向位移在波谷到達(dá)之前，隨著內(nèi)孤立波速度的增大而逐漸增大；當(dāng)內(nèi)孤立波波谷傳播至立管處時(shí) (即T/2)，立管全長(zhǎng)位移達(dá)到最大；之后由于內(nèi)孤立波作用的逐漸減小，內(nèi)孤立波引起的上下層流速均逐漸減小，立管的位移也逐漸減小，直至最后回到靜力平衡的位形。在此內(nèi)孤立波作用時(shí)間內(nèi)，內(nèi)孤立波作用像是一個(gè)緩慢但巨大的沖擊力，會(huì)引起立管較大的位移，從而對(duì)立管安全造成很大的威脅。

圖4為立管在3個(gè)不同深度處節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力時(shí)程圖，可以看到在內(nèi)孤立波經(jīng)過(guò)時(shí)，立管的應(yīng)力發(fā)生明顯波動(dòng)。上層流速范圍內(nèi)立管應(yīng)力比下層流速范圍內(nèi)立管應(yīng)力大。當(dāng)內(nèi)孤立波波谷經(jīng)過(guò)立管時(shí)，在深度32m處出現(xiàn)了全長(zhǎng)的最大應(yīng)力121.6MPa。立管位移最大和應(yīng)力最大并未出現(xiàn)在同一深度處。

圖3 不同深度節(jié)點(diǎn)處的位移時(shí)程圖

表3 計(jì)算了振幅從45～85m的內(nèi)孤立波作用下立管的最大位移和應(yīng)力，從表中可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)孤立波的振幅對(duì)立管的響應(yīng)有顯著影響，大振幅內(nèi)孤立波作用下立管會(huì)產(chǎn)生較大的位移響應(yīng)和應(yīng)力幅值，這將會(huì)對(duì)立管的在位安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

圖4 不同深度節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力時(shí)程圖

表3 不同振幅下立管最大位移和應(yīng)力Table 3 Max displacement and stress for different amplitude of internal solitary wave

4 結(jié)語(yǔ)

從當(dāng)前API、ABS和DNV各個(gè)規(guī)范或操作規(guī)程中對(duì)立管的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容可以看出，都未對(duì)內(nèi)波現(xiàn)象及其對(duì)立管的作用引起足夠重視。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)孤立波作用下深水頂張力立管的動(dòng)力響應(yīng)分析，可以看出頂張力立管在內(nèi)孤立波經(jīng)過(guò)時(shí)，相對(duì)較薄層流體部分的順流向位移和應(yīng)力明顯大于較厚層流體部分的位移和應(yīng)力。立管鄰近兩層流體的交界面處發(fā)生最大順流向位移，發(fā)生剪切破壞的可能性較大。因此內(nèi)波尤其是內(nèi)孤立波對(duì)立管的作用不可忽視，建議中國(guó)在引用API、ABS和DNV相關(guān)規(guī)范在對(duì)立管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮內(nèi)波尤其是內(nèi)孤立波的影響。

[1] American Petroleum Institute. API RP 2RD. Design of Risers for Floating Production Systems (FPSs) and Tension-Leg Platforms (TLPs) [S]. American：American Petroleum Institute, 2006.

[2] American Bureau of Shipping. Guide For Building and Classing Subsea Riser System [S]. American：American Bureau of Shipping, 2008.

[3] Det Norske Veritas. Recommended Practice DNV-RP-C205, Environmental Conditions and Environmental Loads [S]. Norway：Det Norske Veritas, 2010.

[4] Det Norske Veritas. Offshore Standard DNV-OS-F201, Dynamic Riser [S]. Norway：Det Norske Veritas, 2010.

[5] Det Norske Veritas. Offshore Standard DNV-OS-F101, Submarine Pipeline Systems [S]. Norway：Det Norske Veritas, 2012.

[6] 孫文俊, 沈斌堅(jiān).海洋內(nèi)波ADCP 監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 [J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào), 2010, 29(4): 170-173.

[7] 方欣華, 杜濤. 海洋內(nèi)波基礎(chǔ)和中國(guó)海內(nèi)波 [M]. 青島： 中國(guó)海洋大學(xué)出版社, 2005.

[8] Guo Haiyan, Li Xiaomin, Liu Xiaochun. Numerical prediction of vortex induced vibrations on top tensioned riser in consideration of internal flow [J]. China Ocean Engineering, 2008,22(4): 675-682.

[9] 張莉, 郭海燕, 李效民.南海內(nèi)孤立波作用下頂張力立管極值響應(yīng)研究 [J].振動(dòng)與沖擊, 2013, 32(10): 100-104.

[10] 蔡樹(shù)群, 甘子鈞, 龍小敏.南海北部孤立子內(nèi)波的一些特征和演變 [J].科學(xué)通報(bào), 2001, 46(15): 245-250.

責(zé)任編輯 陳呈超

Analysis and Discussion on the Effect of Internal Wave in the Design Standard of Marine Risers

LI Xiao-Min1, CUI Peng1, ZHANG Li2, GUO Hai-Yan1

(1. College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China;2. College of Civil Engineering and Architecture, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)

The design, construction and installation of marine risers must be based on related specifications. While there are no related specifications in China at present and mainly reference for foreign standards. The related codes and industrial standards in the design and installation of marine risers are introduced and the environmental conditions and environmental loads related to deep-sea riser in the code of API, ABS and DNV are introduced. Then the attentive focus is put on the internal wave phenomenon commonly exist in South China Sea and the effect of internal wave especially the internal solitary wave on the top tension riser (TTR) is analyzed. The results indicate that the internal solitary wave may cause extreme response on the riser and should be considered in the design. Finally, the recommended suggestions are proposed when we introduce the codes of API, ABS and DNV and provide reference for the design of deep-sea riser.

riser code; internal wave; top tension riser (TTR); extreme response

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010AA09Z303)；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目(BS2013HZ014)；青年教師科研專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目(201313020)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279187)；中央高?；究蒲匈M(fèi)項(xiàng)目(201262005)資助

2013-10-14；

2014-06-25

李效民(1982-)，男，博士，講師，研究方向：流固耦聯(lián)振動(dòng)。E-mail：lxm0318@ouc.edu.cn

P731.21

A

1672-5174(2015)02-121-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20130263