辅助管线对隔水管涡激振动影响的数值模拟研究

发布时间：2019-10-17 13:36

【摘要】：随着近几十年的石油和天然气勘探,使陆上和近海油气资源逐渐减少,产量日益降低,各国已将油气勘探开发重点投向深水(500m)及超深水(1500m)领域。海上钻井隔水管系统是钻井作业中的重要组成部分,当海流流经隔水管时,由于隔水管受到交变力的作用会在其后方产生周期性的漩涡脱落现象并引起隔水管发生涡激振动现象;当振动频率与隔水管自振频率相接近时,会发生频率“锁定”现象,引起强烈的管体振动,加剧隔水管的疲劳破坏,一旦隔水管失效,将无法正常钻进,严重时甚至影响平台安全,造成重大的人员和财产损失。因此降低隔水管涡激振动带来的不利影响对保障海上油气田安全平稳开发具有重要意义。在海上钻井作业中,通常在隔水管周围分布有若干根辅助管线,包括节流管线、压井管线、钻井液增压线和液压管线等。辅助管线作为必要的生产设施,除起到辅助生产的作用外,还可以起到抑制涡激振动的作用。本文通过CFD软件FLUENT采用大涡模拟计算方法针对辅助管线安装位置对隔水管的涡激振动影响展开了三维数值模拟,对不同迎流角度α、直径比d/D和间距比G/D情况进行数值模拟,得到隔水管所受的升力和阻力变化情况并对其进行频谱分析。模拟结果表明:隔水管所受的升力和阻力对迎流角度度的变化很敏感,阻力系数CD和升力系数均方根CLrms随迎流角度α的增大而减小,并在α=30°~45°范围内降至最低;用来表征隔水管后方漩涡脱落频率的St数随α的增大略有增大,但总体稳定保持在较低值范围。根据模拟结果,附属管线在直径比d/D应在0.2~0.3范围内,间距比G/D在0.2~0.3范围内的布置方式对隔水管所受周期性交变力的抑制效果最为理想。
【图文】：

图 1.1 巴西海上钻井平台 P-36 沉没事故绍上钻井作业中的一种复杂结构系统，其内部有高响，顶部还会受到钻井平台的作用。由于海洋隔出现变形、振动及疲劳失效等不利现象，是海上-2 所示为深水隔水管系统构成图。隔水管上端与管下端与位于海床上的防喷器相连接。

图 1.1 巴西海上钻井平台 P-36 沉没事故绍上钻井作业中的一种复杂结构系统，，其内部有高响，顶部还会受到钻井平台的作用。由于海洋隔出现变形、振动及疲劳失效等不利现象，是海上-2 所示为深水隔水管系统构成图。隔水管上端与管下端与位于海床上的防喷器相连接。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE951

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本文编号：2550583