超深水頂端張緊式鉆井隔水管結(jié)構(gòu)與VIV疲勞分析.pdf

1、能源是人類社會發(fā)展進(jìn)步的動力支持,石油產(chǎn)品是當(dāng)今社會使用最多的能源之一。我國陸地石油產(chǎn)量逐年減少,因此我們不得不向海洋進(jìn)發(fā),致力于海洋油氣的開發(fā)。我國南海探明油氣含量相當(dāng)可觀,但由于水深較深,我國現(xiàn)有石油鉆井設(shè)備發(fā)展相對滯后,因此,對海洋深水、超深水鉆井設(shè)備的研發(fā)刻不容緩。本文即是對深水鉆井設(shè)備中最重要的裝置--鉆井隔水管開展的研究。
　　 首先,介紹了深海鉆井隔水管力學(xué)及VIV(Vortex Induced Vibration

2、)國內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,闡明并總結(jié)了頂端張緊式鉆井隔水管力學(xué)特性及VIV疲勞機(jī)理。同時(shí),還介紹了頂部張緊式鉆井隔水管所處的海洋環(huán)境及所受的海洋載荷及其計(jì)算方法,為隔水管強(qiáng)度計(jì)算打下了基礎(chǔ)。
　　 其次,基于強(qiáng)度理論,運(yùn)用大型非線性有限元軟件ABAQUS開展了超深水頂端張緊式鉆井隔水管強(qiáng)度計(jì)算。工況為操作工況和懸掛工況,海況為墨西哥灣十年一遇冬季風(fēng)暴,海流分別為墨西哥灣一年一遇的頂部流與底部流疊加流、十年一遇頂部流與一年一

3、遇底部流疊加流、百年一遇頂部流與一年一遇底部流疊加流。計(jì)算表明,操作工況隔水管強(qiáng)度不滿足要求,而懸掛工況通過修改模型探討得到了經(jīng)濟(jì)合理的隔水管構(gòu)型。本文還定義了鉆井船相對于鉆井井口的運(yùn)動包絡(luò)線,并計(jì)算得到了一定張力比情況,三種海流情況下的鉆井船運(yùn)動包絡(luò)線。
　　 再次,本文通過ABAQUS、Shear7及參考文獻(xiàn)理論值的對比,分別計(jì)算了前述兩種工況、三種海流作用下隔水管的VIV振動頻率,得出了隔水管VIV疲勞計(jì)算頻率最佳計(jì)算方法

4、,并計(jì)算了隔水管的VIV疲勞壽命。結(jié)果表明,懸掛工況隔水管VIV疲勞壽命不需要著重考慮,操作工況隔水管疲勞壽命很小,且受流強(qiáng)度的影響作用明顯。
　　 最后,開展了隔水管頂部張力與鉆井船運(yùn)動包絡(luò)線關(guān)系研究,通過改變隔水管系統(tǒng)頂部張力比來觀察鉆井船運(yùn)動包絡(luò)線的變化,尋求他們之間的關(guān)系。
　　 通過本文的強(qiáng)度研究表明,深水、超深水海洋環(huán)境惡劣,鉆井隔水管系統(tǒng)極易受到損傷,不同的工況,隔水管的強(qiáng)度需要不同對待。操作工況是隔水管系