典型海况下的管中管系统力学耦合行为分析

发布时间：2020-04-17 06:56

【摘要】：随着世界油气资源需求量的不断增加,海洋深水油气资源的开采成为国内外热点技术。由于海洋环境自身复杂、恶劣的特点,海洋作业相比于陆上作业要求更高、难度更大。由隔水管和连续油管组成的海洋管中管系统作为连接海底井口与海面设施的重要设备之一,直接影响了作业安全。随着水深的增加,系统受力逐渐复杂,管柱系统的注入和破坏问题也逐渐突出,因此有必要系统地研究海洋环境下的管中管系统力学行为特性。考虑到耦合模型的难度和复杂性,论文将建模过程分为三步:固定边界模型、浮动边界模型、海洋载荷下的模型,利用微元法建立了各步骤的数学模型,通过中间差分的方式对模型进行简化,以Newton-Raphson法建立迭代格式对模型进行求解。同时搭建了立式实验台,结合实验及ABAQUS仿真结果对模型正确性进行了验证,并利用实际算例对模型的实用性进行了验证。在模型的基础上,研究了连续油管外径、海洋深度、平台偏移、摩擦系数等多项因素对轴向力传递效率的影响;同时分析了隔水管在海洋环境下的变形及内部弯矩,形成了管柱系统关于风流及潮流的合适作业窗口,为实际作业提供了一定的参考。
【图文】：

图 1.1 连续油管变形示意图Fig. 1.1 The diagram of coiled tubing deformation象的产生会导致连续油管和隔水管的接触面积以及正向接管在下入过程中受到的隔水管对其摩擦阻力逐渐增大。在连续油管施加的注入力传递到末端的数值就会降低，造成者，过度施加注入力会产生连续油管的螺旋锁死情况，严进行。问题，论文从理论层面上对海洋管中管系统在作业过程中，通过建立合理的力学模型模拟作业过程，揭示系统在海的行为规律。力争通过开展以上研究，在一定程度上分析及轴向力传递效率下降等问题，增大深海石油钻采工程中

图 1.2 屈曲模拟实验台Fig. 1.2 Buckling simulation bench in vertical wells 年中国石油大学（北京）王文明等进行了一系列海洋管柱研究分析了连续油管下入深海简单悬链线立管遇卡时的接触力学特 年中国石油大学（北京）的陈迎春等通过建立管中管实验台，连续油管屈曲行为下的轴向力传递特性，揭示了内管轴向力传，说明了相对于固定边界条件，处于浮动边界条件下的内管轴迟”效应[11]。 年中国石油大学（北京）王宴滨等通过实验的方法对深水钻采模拟，获得了管柱的受力变形规律，可应用于作业过程中提高，，保证深水作业的安全性[12]。 年中国石化石油工程技术研究院张辉等以表层套管作业管柱在作业作为算例，建立了深水作业管柱在复杂结构下的纵向振动管柱的在深水条件下的纵向振动特性[13]。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE952

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本文编号：2630589