隔水管是深水鉆井過程中的薄弱環(huán)節(jié),其橫向振動可能引起偏磨、塌陷、斷裂等多種失效形式,研究深水隔水管的橫向振動特性,可為深水鉆井參數(shù)選擇和鉆完井施工設(shè)計提供理論依據(jù),提高隔水管的安全可靠性.將深水隔水管簡化成Euler-Bernoulli梁,引入大變形應(yīng)變-位移方程和彈簧邊界條件,利用Hamilton原理建立了波流耦合作用下深水隔水管的運動模型,得到了作業(yè)工況時隔水管橫向振動的非線性動力學(xué)方程,Galerkin離散后,通過數(shù)值分析方法研究了深水隔水管的振動穩(wěn)定性機理.分析結(jié)果表明,系統(tǒng)的主共振存在多值和跳躍現(xiàn)象,隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大,系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大;波浪高度與波浪周期比值H/T增大,幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加,不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大;隔水管長度與波浪有效高度的比值l/H會使主共振跳躍幅值明顯增大.波浪周期從3～10s變化時,深水隔水管系統(tǒng)經(jīng)歷著周期運動與混沌運動的交替變化,存在倍周期窗口并具有明顯的分叉現(xiàn)象. 

【文章來源】：動力學(xué)與控制學(xué)報. 2019,17(02)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

深水隔水管及浮式平臺Fig．1Deepwaterriserconnectedwithfloatingplatform建模過程中基于以下假設(shè):(1)假設(shè)海浪和海

動力學(xué)與控制學(xué)報2019年第17卷～3%之間，所以，可通過對鉸支端取矩來預(yù)估k值，k=∫l0Fz(x)·xdx1%·h·l(20)通過數(shù)值方法得出k=1．55×105N/m，此時隔水管系統(tǒng)的前三階固有頻率為0．124Hz、0．248Hz、0．372Hz．k值越大，該模型的固有頻率越接近于兩端簡支模型的橫向彎曲振動頻率，k值越小，隔水管的頂端越接近于自由端．圖3不同D/τ下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．3Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentD/τ圖4不同H/T下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．4Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentH/T圖3所示的幅頻響應(yīng)曲線表明，在波流耦合作用下，深水隔水管的橫向振動響應(yīng)幅值存在明顯的跳躍現(xiàn)象:當(dāng)外激勵頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，由于共振導(dǎo)致響應(yīng)幅值增大;當(dāng)外激勵頻率遠離系統(tǒng)固有頻率時，同一激勵頻率對應(yīng)多個響應(yīng)振幅，運動狀態(tài)具有不穩(wěn)定性．隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大，系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大．圖4給出的曲線表明了在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的運動多解和跳躍現(xiàn)象，系統(tǒng)表現(xiàn)出硬彈簧特性，隨著波浪高度與波浪周期比值H/T的增大，幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加，不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大．圖5不同l/H下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．5Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentl/H圖5顯示了隔水管長度與波浪有效高度的比值對幅頻響應(yīng)曲線的影響，隨著l/H比值的增大，幅值跳躍明顯增強．針對一階離散后的運動控制方程(13)，運用MATLAB軟件進行數(shù)值模擬．采用ODE45算法(四階-五階Ｒunge-Kutta法)，選取一組初始參數(shù)，研究隔水管系統(tǒng)的非線性動力學(xué)行為．圖6周期與分叉Fig

動力學(xué)與控制學(xué)報2019年第17卷～3%之間，所以，可通過對鉸支端取矩來預(yù)估k值，k=∫l0Fz(x)·xdx1%·h·l(20)通過數(shù)值方法得出k=1．55×105N/m，此時隔水管系統(tǒng)的前三階固有頻率為0．124Hz、0．248Hz、0．372Hz．k值越大，該模型的固有頻率越接近于兩端簡支模型的橫向彎曲振動頻率，k值越小，隔水管的頂端越接近于自由端．圖3不同D/τ下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．3Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentD/τ圖4不同H/T下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．4Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentH/T圖3所示的幅頻響應(yīng)曲線表明，在波流耦合作用下，深水隔水管的橫向振動響應(yīng)幅值存在明顯的跳躍現(xiàn)象:當(dāng)外激勵頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，由于共振導(dǎo)致響應(yīng)幅值增大;當(dāng)外激勵頻率遠離系統(tǒng)固有頻率時，同一激勵頻率對應(yīng)多個響應(yīng)振幅，運動狀態(tài)具有不穩(wěn)定性．隨著隔水管直徑與壁厚之間比值D/τ的增大，系統(tǒng)頻響振幅逐漸增大．圖4給出的曲線表明了在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的運動多解和跳躍現(xiàn)象，系統(tǒng)表現(xiàn)出硬彈簧特性，隨著波浪高度與波浪周期比值H/T的增大，幅頻響應(yīng)的帶寬逐漸增加，不穩(wěn)定區(qū)域逐漸增大．圖5不同l/H下的幅頻響應(yīng)曲線Fig．5Curveofamplitude-frequencyresponseunderdifferentl/H圖5顯示了隔水管長度與波浪有效高度的比值對幅頻響應(yīng)曲線的影響，隨著l/H比值的增大，幅值跳躍明顯增強．針對一階離散后的運動控制方程(13)，運用MATLAB軟件進行數(shù)值模擬．采用ODE45算法(四階-五階Ｒunge-Kutta法)，選取一組初始參數(shù)，研究隔水管系統(tǒng)的非線性動力學(xué)行為．圖6周期與分叉Fig

【參考文獻】：
期刊論文
[1]深水鉆井工況下隔水管橫向振動特性研究[J]. 劉清友,朱軍凱,毛良杰.  西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(05)
[2]剪切流作用下隔水管渦激振動響應(yīng)機理[J]. 毛良杰,劉清友,周守為,姜偉,劉正禮,彭濤.  石油勘探與開發(fā). 2015(01)
[3]基于鉆井工況和海洋環(huán)境耦合作用下的隔水管動力學(xué)模型[J]. 劉清友,周守為,姜偉,柳軍,楊秀夫,王國榮.  天然氣工業(yè). 2013(12)
[4]深水鉆井隔水管“三分之一效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)——基于海流作用下深水鉆井隔水管變形特性理論及實驗的研究[J]. 周守為,劉清友,姜偉,毛良杰,楊秀夫,劉正禮,王國榮,黃鑫,石曉兵,付強,柳軍.  中國海上油氣. 2013(06)
[5]深水鉆井隔水管-導(dǎo)管系統(tǒng)波激疲勞分析[J]. 劉秀全,陳國明,暢元江,許亮斌.  石油學(xué)報. 2013 (05)
[6]鋼懸鏈線的渦激振動分析(英文)[J]. 饒志標(biāo),付世曉,楊建民.  船舶力學(xué). 2011(03)
[7]深水鉆井隔水管耦合系統(tǒng)分析(英文)[J]. 孫友義,陳國明,金輝,暢元江.  船舶力學(xué). 2009(03)
[8]深水頂部張緊鉆井隔水管非線性靜力分析[J]. 暢元江,陳國明,許亮斌,殷志明,王宏安.  中國海上油氣. 2007(03)



本文編號：3501591