多井口海洋立管群流固耦合动力学行为研究

发布时间：2020-08-09 02:02

【摘要】：多井口海洋立管群是海上石油开采和输送的重要组成部分,对海上石油和天然气等生产运输过程起着非常关键的作用。然而由于其工作环境的复杂性和多变性,立管群的振动现象是难以避免的,这将导致立管发生疲劳失效,影响石油和天然气的开采工作,严重时将会导致海上漏油事故发生,严重影响生态环境。因此,多井口海洋立管群的振动和防控问题应该被受到重视。海洋立管的流致振动是导致海洋立管失效的一个重要原因。对管群类结构的流致振动来说,立管群与流体之间以及立管与立管之间存在着强烈的交互作用,需要构建更精确的物理模型和理论模型来分析结构和流体间的相互作用及立管群复杂的动态响应特性。本文针对均匀流中的立管群结构,首先基于双向流固耦合方法建立了多井口海洋立管群流致振动数值模型,对立管群结构和流体间的相互作用展开分析,研究立管群的动力学响应以及流场涡激发放特性,并对不同因素情况(不同立管数目、不同立管间距、不同排列方式)下海洋立管群动态特性进行研究。除此之外还对立管群的流弹失稳进行探讨,在此基础上对海洋立管群开展振动防控研究。具体研究结果发现:(1)当外流体流速较低且立管数目较少时各立管的主振方向为顺流方向且振动幅度基本一致;当顺流方向排布的管道增加时,其下游的立管在尾涡的作用下振动明显变大,且主振方向变为横向振动。(2)对于立管群不同立管间距的研究发现:无论在顺流方向还是横流方向上,当立管间距较小时,由于立管间交互作用以及流体弹性力对立管群的振动作用比较明显,而当立管群间立管间距大于3.5D的时候立管之间的交互逐渐减弱,其立管间的交互作用的临界立管间距为3.5D-4D之间。(3)对于海洋立管群不同位置排布的研究发现:对于立管间距固定各种排布情况下的立管群而言,在顺流方向的振动基本一致,均做频率相同、振幅相近的简谐振动,而横流方向的各立管振动模式有所不同,说明立管位置的因素对立管群的影响主要体现在立管的横向振动上。(4)海洋立管群流弹失稳研究发现:立管群失稳大多发生在上游立管和下游立管中,对于立管间距一定的立管群系统,无论哪种排列情况下其临界速度基本一致。(5)海洋立管群振动防控治理研究发现:提出了两种立管群振动治理方案,其中分隔板式的最佳隔板长度为1D,且安装在立管群系统的上游立管防振效果最好;整流罩式的最适宜整流罩高度为0.5D,适合安装于下游处的立管。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O353.4
【图文】：

图１－１不同形式的张力腿平台逡逑多井口海洋立管群系统是连接海底油气管道和海上浮体的唯一通道，是海上油气开逡逑

图１－２多井口海洋立管群结构图逡逑伴随着海上油气资源开发技术的不断发展，海上油气事故对环境的危害严重性，逡逑

圆柱绕流的St与Re的关系曲线

【参考文献】

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1 丁林;张力;姜德义;;高雷诺数范围内不同形状柱体流致振动特性研究[J];振动与冲击;2015年12期

2 康庄;张立;刘禹维;何宁;;顶部张紧式立管干涉分析[J];船舶工程;2015年05期

3 石云;周晓东;曹静;刘小燕;;波流作用下的张力腿平台顶张紧式立管干涉分析[J];海洋工程装备与技术;2015年02期

4 周巍伟;沙勇;曹静;;非粘接动态柔性立管干涉研究[J];海洋工程装备与技术;2014年01期

5 雷松;张文首;林家浩;岳前进;;海洋立管的模态及参数敏感性分析[J];船海工程;2012年04期

6 张崎;杨洪彪;黄一;张日曦;;基于顶部张紧式立管动力分析的关键参数研究(英文)[J];船舶力学;2012年03期

7 唐国强;滕斌;吕林;勾莹;张建侨;宋吉宁;;深海柔性立管涡激振动经验模型建立及应用[J];中国海洋平台;2010年03期

8 ;A NEW WAKE OSCILLATOR MODEL FOR PREDICTING VORTEX INDUCED VIBRATION OF A CIRCULAR CYLINDER[J];Journal of Hydrodynamics;2010年03期

9 刘放;;海洋平台技术的现状及发展趋势[J];一重技术;2009年06期

10 陶永宏;;我国海洋工程发展现状[J];中外船舶科技;2009年03期

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3 吴皓;方形排布管束流体弹性不稳定性研究[D];天津大学;2013年

4 郭宇;深海立管涡激振动的大涡模拟与涡振疲劳累积损伤分析[D];哈尔滨工业大学;2012年

5 黄鸿;基于顶张紧式立管干涉分析的多目标优化设计[D];大连理工大学;2010年

6 阎岩;深水立管碰撞的数值模拟研究[D];大连理工大学;2010年

本文编号：2786428