本文關(guān)鍵詞：海洋無隔水管鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)分析　出處：《長(zhǎng)江大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：油氣資源仍然是當(dāng)今世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈,消耗量依舊在不斷增加,隨著陸地油氣資源逐漸減少,油氣資源的開采也逐漸由陸地向海洋甚至深水水域轉(zhuǎn)移。常規(guī)的海洋深水鉆井都使用了隔水管來連接井口裝置和鉆井平臺(tái),其主要作用是為了隔離海水,引導(dǎo)鉆井管柱和套管等進(jìn)入井口裝置,構(gòu)成鉆井液的循環(huán)通道等作用。但是,隔水管的使用會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)載荷增加,鉆井成本提高,隔水管承受的復(fù)雜載荷也容易造成結(jié)構(gòu)失效,引發(fā)鉆井事故。無隔水管鉆井技術(shù)作為一種新型鉆井工藝,直接擺脫了對(duì)隔水管的使用,有效地降低了平臺(tái)要求,提高了海洋深水鉆井施工的安全性,鉆井作業(yè)的成本也可以得到降低。無隔水管鉆井作業(yè)在國外已經(jīng)發(fā)展得較為成熟,并在多口井進(jìn)行了實(shí)踐,效果顯著。然而,國內(nèi)在該方面技術(shù)還處于起步階段,受國外對(duì)無隔水管鉆井關(guān)鍵設(shè)備和控制方法等實(shí)行技術(shù)封鎖的制約,我國的無隔水管鉆井技術(shù)發(fā)展也尤為緩慢。無隔水管鉆井以其深水鉆井高效的優(yōu)越性,已經(jīng)逐漸成為各國競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。本文也依托于國家自然科學(xué)基金“深水無隔水管鉆井渦動(dòng)對(duì)鉆柱動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究”(51405032)這一課題開展了無隔水管鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)研究。本文首先介紹了無隔水管鉆井技術(shù)的應(yīng)用前景和研究意義,同時(shí)對(duì)目前的管柱力學(xué)研究狀況作了簡(jiǎn)要剖析,針對(duì)無隔水管鉆井海水段鉆柱的動(dòng)力學(xué)問題提出了采用達(dá)朗貝爾原理、瑞利梁軸轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論、歐拉動(dòng)力學(xué)方程建立鉆柱在轉(zhuǎn)速為零時(shí)的橫向振動(dòng)力學(xué)模型和鉆柱在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的瞬態(tài)渦動(dòng)力學(xué)模型,并采用有限元法(FEM)對(duì)建立的模型進(jìn)行求解。其次,對(duì)無隔水管鉆井技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)和基本原理作了簡(jiǎn)要介紹,并針對(duì)無隔水管鉆井海水段鉆柱的工況,分析了鉆柱單元所受的載荷形式以及軸向載荷、浪流載荷的計(jì)算方法。然后,基于達(dá)朗貝爾原理,通過分析海水段鉆柱微元的力學(xué)平衡和力矩平衡建立了鉆柱在轉(zhuǎn)速為零情況下的橫向振動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí),基于歐拉動(dòng)力學(xué)方程建立了鉆柱的渦動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了鉆柱渦動(dòng)微分方程,并給出了相應(yīng)的邊界條件和周期性條件。再者,依據(jù)本文建立的力學(xué)模型,采用計(jì)算精度較高的中心差分方法將高階微分方程離散。通過求解鉆柱橫向振動(dòng)微分方程得到了鉆柱在橫向振動(dòng)狀態(tài)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律,分析了大鉤載荷、平臺(tái)偏移量、海流和波浪對(duì)鉆柱橫向振動(dòng)的力學(xué)影響規(guī)律。同時(shí),依據(jù)所建立的鉆柱渦動(dòng)微方程,推導(dǎo)了鉆柱臨界轉(zhuǎn)速表達(dá)式。通過求解特定工況下的鉆柱渦動(dòng)響應(yīng),得到了鉆柱在渦動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)變化規(guī)律。最后,依據(jù)本文所得到的鉆柱動(dòng)力學(xué)模型和微分方程求解方法,利用C#與Matlab混合編程技術(shù)開發(fā)了"無隔水管鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)分析軟件",軟件界面友好,結(jié)構(gòu)合理,層次分明,可提高無隔水管鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)計(jì)算效率。本課題通過開展海洋無隔水管鉆井工況下海水段鉆柱的動(dòng)力學(xué)研究,客觀地解釋了海水段鉆井管柱運(yùn)動(dòng)規(guī)律,研究結(jié)果將有效指導(dǎo)無隔水管鉆井施工作業(yè),同時(shí)也能對(duì)無隔水管鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)的深入研究提供理論參考。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE951

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