【摘要】：深水海洋油氣資源開發(fā)已逐漸成為世界油氣資源發(fā)展的主戰(zhàn)場。復(fù)雜的深水開采環(huán)境對海洋鉆井裝備提出了更高的要求,深水鉆井隔水管是連接鉆井平臺(tái)和水下井口以及井下的咽喉通道,對深水鉆完井的安全起到了至關(guān)重要的作用。深水鉆井隔水管在復(fù)雜的海流環(huán)境中由于渦激振動(dòng)可能產(chǎn)生疲勞破壞,嚴(yán)重影響到深水鉆井隔水管的安全服役。因此開展深水鉆井隔水管渦激振動(dòng)機(jī)理及其抑制研究具有重大理論價(jià)值和實(shí)際工程意義。本文研究的主要內(nèi)容及成果： (1)在大量調(diào)研海洋環(huán)境載荷資料基礎(chǔ)上,利用CFD軟件建立深水鉆井隔水管的繞流模型,研究不同尺寸隔水管繞流流場分布、升阻力系數(shù)以及漩渦脫落頻率的變化規(guī)律,得到了升力系數(shù)、阻力系數(shù)、漩渦脫落頻率與流速、管徑的關(guān)系,揭示了深水鉆井隔水管渦激振動(dòng)機(jī)理研究。 (2)針對常用深水鉆井隔水管結(jié)構(gòu)系統(tǒng),建立深水鉆井隔水管系統(tǒng)固有頻率模型,分析張力、平臺(tái)偏移、浮力塊、水深、管徑、壁厚等對深水鉆井隔水管固有頻率的影響,研究結(jié)果對抑制隔水管渦激振動(dòng)和避免渦激共振提供了理論支撐。 (3)通過建立波浪、海流環(huán)境下深水鉆井隔水管有限元力學(xué)模型,分析了一般海況和極值海況下隔水管的渦激振動(dòng)響應(yīng),成功捕捉到了“鎖定”現(xiàn)象。研究得到了深水鉆井隔水管渦激響應(yīng)的最大變形位置和受力位置。為現(xiàn)場隔水管的安全使用提供依據(jù)。 (4)通對分析環(huán)境因素、平臺(tái)偏移、頂部張力、浮力塊對隔水管渦激振動(dòng)的影響得到海面流速越大,隔水管的下部低速流區(qū)越易發(fā)渦激共振。平臺(tái)偏移會(huì)加劇隔水管的渦激振動(dòng)破壞。增大張力和使用浮力塊能有效抑制隔水管流向上的振動(dòng),降低隔水管橫向振動(dòng)模態(tài)階次和橫向受力。 (5)利用有限元軟件建立1500m全尺寸(長徑比為2800)的深水鉆井隔水管與深水剪切流的三維流固耦合模型,開展不同張力下隔水管的渦激振動(dòng)流固耦合研究,并從流場特征、隔水管的運(yùn)動(dòng)特性等方面分析張力大小對渦激振動(dòng)的抑制作用,對隔水管強(qiáng)度設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測以及現(xiàn)場應(yīng)用具有重要意義。
【圖文】：

海上鉆井通過使用隔水管來建立井眼與水面以上的鉆井平臺(tái)之間的循環(huán)通道，安裝井口分離器和井口裝置，以保證井下作業(yè)安全。隔水管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，隔水管上部與鉆井平臺(tái)相連，下部與井口防噴器相連。從海洋平臺(tái)到井口整個(gè)隔水管串由卡盤、萬向節(jié)、分流器、上部曉性接頭、張力環(huán)、伸縮節(jié)、裸隔水管、浮力隔水管、輔助管線、下部柔性接頭、隔水管下部總成、防噴器組成[65_69]。深水鉆井隔水管是由一系列的大直徑無縫或c罱癰咔慷裙芡ü菟傭�，其密封采用靳橍或者弹刑N(yùn)遄楹鮮迪幀Ｔ諫釧昃懈羲苡×墾∮貿(mào)さ母羲艿ジ�，工程少tǔＱ∮玫ジの

本文編號(hào)：2557302