超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析

发布时间：2017-05-13 13:19

  本文关键词：超深水顶端张紧式钻井隔水管结构与VIV疲劳分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 能源是人类社会发展进步的动力支持,石油产品是当今社会使用最多的能源之一。我国陆地石油产量逐年减少,因此我们不得不向海洋进发,致力于海洋油气的开发。我国南海探明油气含量相当可观,但由于水深较深,我国现有石油钻井设备发展相对滞后,因此,对海洋深水、超深水钻井设备的研发刻不容缓。本文即是对深水钻井设备中最重要的装置——钻井隔水管开展的研究。 首先,介绍了深海钻井隔水管力学及VIV(Vortex Induced Vibration)国内外研究进展及现状的基础上,阐明并总结了顶端张紧式钻井隔水管力学特性及VIV疲劳机理。同时,还介绍了顶部张紧式钻井隔水管所处的海洋环境及所受的海洋载荷及其计算方法,为隔水管强度计算打下了基础。 其次,基于强度理论,运用大型非线性有限元软件ABAQUS开展了超深水顶端张紧式钻井隔水管强度计算。工况为操作工况和悬挂工况,海况为墨西哥湾十年一遇冬季风暴,海流分别为墨西哥湾一年一遇的顶部流与底部流叠加流、十年一遇顶部流与一年一遇底部流叠加流、百年一遇顶部流与一年一遇底部流叠加流。计算表明,操作工况隔水管强度不满足要求,而悬挂工况通过修改模型探讨得到了经济合理的隔水管构型。本文还定义了钻井船相对于钻井井口的运动包络线,并计算得到了一定张力比情况,三种海流情况下的钻井船运动包络线。 再次,本文通过ABAQUS、Shear7及参考文献理论值的对比,分别计算了前述两种工况、三种海流作用下隔水管的VIV振动频率,得出了隔水管VIV疲劳计算频率最佳计算方法,并计算了隔水管的VIV疲劳寿命。结果表明,悬挂工况隔水管VIV疲劳寿命不需要着重考虑,操作工况隔水管疲劳寿命很小,且受流强度的影响作用明显。 最后,开展了隔水管顶部张力与钻井船运动包络线关系研究,通过改变隔水管系统顶部张力比来观察钻井船运动包络线的变化,寻求他们之间的关系。 通过本文的强度研究表明,深水、超深水海洋环境恶劣,钻井隔水管系统极易受到损伤,不同的工况,隔水管的强度需要不同对待。操作工况是隔水管系统使用时最危险的工况,需要区别对待。 本文钻井隔水管强度研究工作为海上油气开发装置研究打下了一定的基础,提供了一定的理论及实践依据,可供工程参考使用。
【关键词】：VIV 顶端张紧式钻井隔水管 强度 ABAQUS 运动包络线
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 中国海洋石油工业发展的必然性11-12
• 1.2 钻井隔水管简介12-15
• 1.3 深海隔水管力学研究发展及现状15-17
• 1.4 深海隔水管VIV研究现状与进展17-19
• 1.5 论文的研究目的、意义、内容和方法19-22
• 1.5.1 论文的目的与意义19-20
• 1.5.2 论文的内容与方法20-22
• 第2章 顶端张紧式钻井隔水管力学特性与VIV机理22-51
• 2.1 刚性隔水管力学模型及载荷分析22-44
• 2.1.1 隔水管分析的基本方程22-29
• 2.1.2 环境载荷29-44
• 2.2 钻井隔水管VIV机理44-49
• 2.2.1 涡激振动概述44-48
• 2.2.2 深水隔水管的涡激振动48-49
• 2.3 本章小结49-51
• 第3章 顶端张紧式钻井隔水管操作工况强度分析51-75
• 3.1 隔水管设计及校核规范51-52
• 3.2 海洋隔水管的工业分析软件52
• 3.3 操作工况钻井隔水管基本尺寸选择及总布置52-53
• 3.4 操作工况强度分析53-57
• 3.4.1 环境载荷53-54
• 3.4.2 边界条件54-56
• 3.4.3 有限元模型56-57
• 3.5 校核标准57-58
• 3.6 分析结果58-68
• 3.7 结果校核及结论68-69
• 3.8 操作工况运动包络线的确定69-71
• 3.9 隔水管VIV振动频率及疲劳寿命的确定71-74
• 3.10 本章小结74-75
• 第4章 顶端张紧式钻井隔水管悬挂工况强度分析75-87
• 4.1 有限元分析75-76
• 4.1.1 有限元模型75-76
• 4.1.2 边界条件及环境载荷76
• 4.2 校核标准76-77
• 4.3 分析结果77-80
• 4.4 模型修改探讨80-83
• 4.5 隔水管VIV振动频率及疲劳寿命的确定83-86
• 4.6 本章小结86-87
• 第5章 顶端张力与钻井平台运动包络线关系研究87-91
• 5.1 顶端张力比87
• 5.2 有限元分析87-88
• 5.2.1 有限元模型87
• 5.2.2 边界条件及环境载荷87-88
• 5.3 分析结果88-90
• 5.4 本章小结90-91
• 结论91-96
• 参考文献96-100
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果100-101
• 致谢101-102
• 附录A 平台的位移时历102-104

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 沈留兵;高峰;文志飞;方X;;钻井隔水管操作工况强度分析[J];新技术新工艺;2013年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 叶永坤;高峰;刘洪涛;王明国;宋晓秋;;钻井隔水管顶端张力比与平台运动包络线关系研究[A];2012年度海洋工程学术会议论文集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 戴伟;基于响应面方法的立管结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 倪侃侃;顶张紧式立管冲程能力分析及相关参数研究[D];大连理工大学;2011年

2 马小燕;深水S型铺管作业中管线受力计算研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 齐博;超深水钻井立管总体强度分析[D];哈尔滨工程大学;2012年

4 王其;水下管道多功能维修机具及其夹持机构研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

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本文编号：362666