新一代水下生产系统兼具干式采油方案和湿式采油方案的技术优势,为深海油气田开发提供了一种全新的解决方案。其中,顶张紧式立管(TTR)作为连接新一代水下生产系统水中和海底井口的关键结构,对系统安全运行具有重要作用,同时也是系统的薄弱环节。在服役期间,TTR立管运动响应受浮体运动和环境载荷等多因素影响,相邻TTR立管可能发生干涉,并进一步发生碰撞,造成立管结构损伤,严重时可能威胁新一代水下生产系统的作业安全并造成海洋环境污染。因此,为了实现新一代水下生产系统的自主设计,有必要开展TTR立管干涉分析和碰撞可靠性评估研究。本文的主要研究内容包括以下三个方面:(1)使用OrcaFlex软件建立新一代水下生产系统的立管张紧系统模型,考虑了尾流遮蔽效应对下游立管的影响,讨论了涡激振动对上游立管拖曳力的放大效应。比较了Huse尾流模型和Blevins尾流模型的区别,分析了海流与串联立管角度对干涉的影响,对比了立管张紧方式对立管干涉的表现。运用量纲分析方法挑选出了影响干涉的初始参数,并且基于布金汉定理建立了合适的无量纲参数组,通过一系列的数值模拟验证了所建立的无量纲参数组的有效性。(2)重点研究了各无量纲参数对立管干涉的敏感性分析。运用OrcaFlex软件对立管干涉进行了一系列的动态时域分析,得到了环境参数(水流速度)、立管上部浮体参数(立管顶部距离、人工海床水平偏移、顶部悬挂角、顶张紧力)、立管结构参数(外径、内径、杨氏模量、内容物密度)和立管水动力系数(拖曳力系数、附加质量系数)对立管干涉的影响程度。(3)基于立管干涉参数分析的结果,选取了对立管干涉有主要影响的参数(水流速度、立管外径、拖曳力系数、顶张紧力系数)进行了立管碰撞的可靠性分析。基于不允许碰撞原则,针对立管碰撞的功能函数为隐含形式,利用基于BP神经网络的蒙特卡洛方法计算了立管碰撞的失效概率。对立管碰撞的失效概率进行了参数敏感性分析,得到了失效概率对参数的均值和变异系数的敏感程度。