顶张紧立管的尺寸设计优化

TTR尺寸设计包括立管标准段壁厚尺寸设计和特殊节点尺寸设计。两个区域的设计基础数据如下：

1）立管标准段壁厚尺寸设计

立管标准段壁厚尺寸设计需要考虑以下参数：

①立管内部流体压力、密度和温度。

②立管管体的最小屈服强度（SMYS）和极端抗拉强度（UTS）。

③立管弹性模量和泊松比。

④最小通径需求。

⑤腐蚀和磨蚀裕量。

2）特殊节点尺寸设计

特殊节点尺寸设计需要考虑以下参数：

①飞溅区节点长度和壁厚。

②锥形应力节点总长度、锥形截面长度、锥形截面外径、材料等级。

③张力节点总长度、壁厚和材料等级。

④防喷器短节总长度、壁厚和材料等级。

⑤伸缩节延伸总长度和冲程范围。

特殊节点尺寸由立管组件制造商提供，需考虑以下几点：

①参考已完成的项目数据和经验教训可大大提高设计效率和减少制造变更。

②锥形部分的最大壁厚为2″，管壁过厚将导致材料不均匀特性，特别是厚壁材料热处理会降低材料性能。

③最大节点长度宜限制在9 m以内，过长或过重的节点设计会限制供应商数量。

④张力节点螺纹截面可能具有非常高的应力放大因子（SAF），高SAF会导致张力节点疲劳性能下降。

⑤由于张紧器液压缸连接偏心，张紧器液压缸张力也会在张力环上产生弯曲荷载，并且应在伸缩节尺寸确定时考虑此弯曲荷载。

大多数特殊立管节点采用单个锻造件制造，但制造商也可能选择焊接连接两件锻造件部件的方式来制造立管节点，此时需要检查焊缝的疲劳性能。

3）荷载工况

（1）TTR壁厚设计荷载工况选取原则

设计荷载工况由功能性荷载（包括压力、温度、介质和张力）、环境荷载、流动引起的荷载和偶然荷载组合决定。TTR壁厚设计荷载工况属于以下类别之一：操作极限状态（SLS）、极端极限状态（ULS）、偶然极限状态（ALS）。SLS对应于正常操作工况和正常临时事件的标准；ULS对应于极端工况和异常临时事件的标准；ALS对应于生存工况或者偶然荷载工况的标准。年发生概率小于10－4的荷载组合可以忽略不计。(www.xing528.com)

TTR壁厚设计需考虑浮体舱室、系泊锚链、张紧器保持完整和出现破损工况。表3-1是浮体舱室、系泊锚链、张紧器保持完整的情况下TTR壁厚设计典型荷载工况。表3-2是浮体舱室、系泊锚链、张紧器发生破损的情况下TTR壁厚设计典型荷载工况。

表3-1　完整情况下TTR壁厚设计典型荷载工况

表3-2　破损情况下TTR壁厚设计典型荷载工况

（2）生产立管荷载工况

生产立管荷载工况设计条件如下：

①安装工况。立管下放／提起、引导索和ROV协助回收等操作工况。

②压力测试工况。立管加压至关井油管压力（SITP）的1.0倍，再进行验证装配有海底井口和立管部件的生产回接连接器密封件。

③修井工况。修井工况时立管环空中可能含有完井液，此时立管采油树用防喷器替代，并且油管悬挂在油管悬挂器上。

④正常操作工况。立管系统在正常生产和注水条件下的工况。

⑤封井工况。除修井作业外，封井工况即任何时候使用重泥浆将井口封死的工况。

⑥正常关井工况。无特殊温度和压力变化时的关井工况。

⑦油管泄漏（生产立管）关井工况。油管或表面控制阀（SCSSV）泄漏，井液不流动时关井的工况。

⑧油管泄漏、无压力波动（注水立管）工况。SCSSV泄漏、井液不流动的工况，此时井为正常操作压力。

⑨油管泄漏、压力波动（注水立管）工况。SCSSV泄漏、井液不流动的工况，此时井为脉动压力。

（3）钻井立管荷载工况

钻井立管荷载工况设计条件如下：

①安装工况。立管下放／提起、引导索和ROV协助回收等操作工况。

②正常钻井操作工况。正常循环钻井，无内压工况。

③底部气体泄漏工况。循环暂停，内部压力与关井压力相同的工况。

④停放工况。装满海水的单立管，此时移除了防喷器。

4）设计准则及分析方法

对于生产和钻井立管，采用API RP 2RD／API Standard 2RD进行承压破裂压力设计和外部超压系统压溃校核。在计算立管壁厚时应考虑腐蚀和磨损裕量。