深水钻井隔水管悬挂模式力学行为研究
本文关键词： 钻井隔水管 力学模型 纵向振动 横向振动 反冲控制 操作窗 出处：《西南石油大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：深水钻井隔水管是连接海洋钻井装置和水下井口的重要结构,承受着复杂的作用力,一旦出现事故将会带来严重后果。在深水海域台风等极端天气频发,为了保护井口和钻井装置,必须断开隔水管与井口之间的连接,隔水管处于悬挂模式,当遭遇强台风等超过了隔水管悬挂自存的恶劣天气时,必须实施避台紧急撤离,隔水管的受力状态变得更加复杂。因此,开展深水钻井隔水管悬挂模式力学行为研究,对深水钻井安全控制方法的完善具有重要意义,本文主要研究成果如下:(1)针对深水钻井隔水管悬挂模式特点,综合考虑了平台升沉运动、顶部张紧器的补偿作用、海水阻尼以及隔水管底部LMRP/BOP的集中质量影响,根据动力学基本原理建立了隔水管悬挂模式纵向振动力学模型,并利用有限差分法对微分方程进行离散,结合模型上下边界条件以及初始条件对方程组求解,分析结果表明,软悬挂模式下的纵向振动位移和应力明显小于硬悬挂;随着水深、隔水管壁厚的增加,隔水管纵向振动位移逐渐减小;增加浮力块增加了隔水管纵向振动位移和底部应力;减小BOP质量和隔水管壁厚有效可以减小隔水管纵向应力。(2)针对海洋环境载荷对隔水管横向振动的动态响应问题,依据动力学基本原理建立了隔水管横向振动力学模型,考虑了海流力、海浪力以及隔水管自重等影响,结合悬挂模式的实际工况给出了模型边界条件,使用有限差分法推导出方程组的差分格式,通过FORTRAN编程对方程组进行求解。分析结果表明,平台漂移、水深和浮力块对隔水管横向位移影响较大;随着隔水管壁厚、BOP重量和海浪周期的增加,隔水管横向位移逐渐减小;随着海水阻力系数、波高和海流速度的增加,隔水管横向位移逐渐增加;减小BOP质量、隔水管壁厚以及增加浮力块可以有效降低隔水管应力值;而海水阻力系数、海浪周期和海流速度的变化对隔水管的应力值没有明显影响。(3)针对隔水管紧急脱离时钻井液泄放问题,依据流体动力学基本原理建立了隔水管钻井液泄放模型,考虑了管壁摩擦力、液柱冲击海水产生的拖曳力以及液柱自身重力等影响,并结合模型的初始条件对方程进行求解。分析结果表明,增加水深和钻井液密度,加快了钻井液泄放速度,同时也增加了摩擦力、压力损失以及泄放加速度,而隔水管壁厚变化对钻井液泄放没有明显影响。结合隔水管纵向振动模型和钻井液泄放模型进行了控制分析,分析结果表明,采用较大的顶部张紧力和较小的相位角脱离可以减少隔水管从反冲到被平台锁住的时间,而平台升沉运动幅值对反冲控制没有明显的影响。(4)针对隔水管悬挂模式作业窗口确定问题,根据已建立的隔水管纵向振动力学模型和横向振动力学模型,结合隔水管安全作业准则,对隔水管悬挂模式作业窗口进行分析计算。由隔水管悬挂自存作业窗口分析结果表明,海面风速和海面潮流速度主要影响隔水管顶部Mises等效应力,随着海面风速的增大,作业窗口逐渐减小,在较小海面风速或海面潮流速度下的作业窗口范围较大。由隔水管紧急撤离作业窗口分析表明,海流角度和航速主要影响隔水管顶部挠性转角,平台采用顺流撤离,允许的航速范围大,且能更快的撤离至安全区域,采用低速航行,允许的海流角度范围大,可以应用于海洋环境变化较快的天气条件
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE951
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 方华良,郭军伯,姚凤军;抗冰隔水管施工工艺探讨[J];海洋石油;2000年01期
2 徐兴平;王龙庭;;受撞浅海隔水管复位分析[J];石油矿场机械;2008年04期
3 孙友义;陈国明;畅元江;鞠少栋;;超深水隔水管悬挂动力分析与避台风策略探讨[J];中国海洋平台;2009年02期
4 孙友义;陈国明;畅元江;许亮斌;;基于涡激抑制的隔水管浮力块分布方案优化[J];中国石油大学学报(自然科学版);2009年03期
5 鞠少栋;畅元江;陈国明;陈黎明;许亮斌;;深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法[J];石油学报;2012年01期
6 韩春杰;陈明明;闫铁;;深水环境下隔水管的横向自由振动分析[J];应用力学学报;2012年03期
7 李中;杨进;曹式敬;黄熠;郭永宾;谢仁军;;深海水域钻井隔水管力学特性分析[J];石油钻采工艺;2007年01期
8 畅元江;陈国明;许亮斌;殷志明;王宏安;;深水顶部张紧钻井隔水管非线性静力分析[J];中国海上油气;2007年03期
9 王海峡;赵广慧;;波流极值载荷作用下隔水管的非线性分析[J];石油矿场机械;2008年11期
10 王海峡;赵广慧;余长柏;章靖;李维国;;充液钻井隔水管的非线性动力特性分析[J];石油矿场机械;2010年05期
相关会议论文 前10条
1 高宝奎;;深水隔水管动态变形有限单元分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
2 邓欣;鞠少栋;陈国明;畅元江;;1830m超深水钻井隔水管系统分析[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
3 弓大为;;海洋隔水管的受力分析[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年
4 朱海龙;孙宝江;高永海;;大直径隔水管携岩工艺及计算[A];2008年度海洋工程学术会议论文集[C];2008年
5 吴豪;段梦兰;林文惠;;钻井隔水管时域非线性有限元分析[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年
6 李妍;马万俊;高德利;;钻井隔水管基本周期简化计算方法[A];第19届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ册）[C];2010年
7 陈才虎;王耀锋;杨红刚;;深水钻井隔水管快速连接技术研究[A];2011年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2011年
8 彭朋;陈国明;;深水钻井隔水管磨损评估及保护措施分析[A];2008年度海洋工程学术会议论文集[C];2008年
9 畅元江;陈国明;鞠少栋;;国外深水钻井隔水管系统产品技术现状与进展[A];2008年石油装备学术年会暨庆祝中国石油大学建校55周年学术研讨会论文集[C];2008年
10 畅元江;陈国明;王荣耀;鞠少栋;;深水钻井隔水管系统钻前设计软件开发与验证[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
相关重要报纸文章 前9条
1 亢峻星;什么样的隔水管能适应深水作业[N];中国船舶报;2009年
2 记者 甘丰录;宝石公司深水钻井隔水管样机试制成功[N];中国船舶报;2011年
3 记者 梁茵邋通讯员 王颖;宝石机械公司着手开发深水钻井隔水管[N];中国石油报;2008年
4 通讯员 江艳;我国首台海洋钻井隔水管装置亮相国际展[N];中国石油报;2010年
5 记者 甘丰录;国内首根深水钻井隔水管接头通过拉伸试验[N];中国船舶报;2011年
6 记者 陈青 通讯员 康莹;国产首根高强度海洋钻井隔水管试制成功[N];中国石油报;2011年
7 田惠;中国海油再度牵手阿科克瓦那[N];中国石化报;2007年
8 王哲;宝石公司海洋钻井隔水管装置试制完成[N];中国船舶报;2010年
9 记者 钱兰;曙光大力开拓国内市场[N];泰州日报;2008年
相关博士学位论文 前10条
1 付英军;深水无隔水管段钻井关键力学问题研究[D];西南石油大学;2013年
2 彭朋;深水钻井隔水管寿命管理技术研究[D];中国石油大学;2009年
3 孙友义;深水钻井隔水管强度评价方法及应用研究[D];中国石油大学;2009年
4 王鹏;深水钻井隔水管系统动力响应及力学耦合行为[D];东北石油大学;2014年
5 林海花;隔水管涡激动力响应及疲劳损伤可靠性分析[D];大连理工大学;2008年
6 畅元江;深水钻井隔水管设计方法及其应用研究[D];中国石油大学;2008年
7 鞠少栋;深水钻井隔水管及井口作业分析与决策研究[D];中国石油大学（华东）;2012年
8 刘秀全;深水钻井隔水管完整性及台风事故应对策略研究[D];中国石油大学(华东);2014年
9 周俊昌;海洋深水钻井隔水管系统分析[D];西南石油学院;2001年
10 谷斐;隔水管涡激振动抑制装置的流动控制实验研究[D];上海交通大学;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 孟凡召;隔水管动态响应分析[D];中国石油大学;2010年
2 汤燕;深水隔水管法兰系统的安全性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 齐娟娟;悬挂状态下钻井隔水管的结构动力学及涡激振动研究[D];上海交通大学;2015年
4 张宁;隔水管横向振动特性与浮力块配置优化[D];燕山大学;2016年
5 汤建冬;深水钻井隔水管与防喷器组风险分析[D];浙江大学;2016年
6 刘珊珊;深水钻井隔水管耦合力学分析与数值模拟[D];东北石油大学;2016年
7 万长成;深水钻井隔水管力学特性与涡激振动研究[D];西南石油大学;2016年
8 范鹏飞;海洋深水钻井隔水管系统力学特征及施工参数优化研究[D];西南石油大学;2016年
9 冯钰钦;海洋钻井隔水管变形特性的理论与仿真分析研究[D];西南石油大学;2016年
10 曾诚;基于内外流耦合作用的隔水管力学特性研究[D];西南石油大学;2016年
，本文编号：1502977
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/1502977.html
