基于复模态法的深水钻井隔水管反冲响应力学特性
发布时间：2021-02-01 03:24
考虑隔水管在正常钻井作业过程中由于轴向拉伸储存的弹性势能和反冲过程中钻井液下泄时产生的黏滞阻力的共同影响,通过将隔水管离散化为三自由度质量-弹簧-阻尼系统,建立隔水管紧急解脱后的反冲响应力学分析模型和控制方程;以浮式钻井设备的升沉运动作为边界条件,以隔水管解脱前的变形为初始条件,考虑控制方程中阻尼矩阵不能被对角化的影响,采用复模态分析法对控制方程进行求解;根据实例分析得到反冲过程中隔水管底部总成（low marine riser package, LMRP）振动位移的变化规律,并讨论水深、波高、顶部张紧器弹簧刚度及解脱相位角等因素对LMRP振动位移的影响,研究隔水管反冲响应的主控因素。结果表明:在同样的作业条件下,水深越大,隔水管紧急解脱的安全作业窗口越小;波高越大,隔水管的反冲响应越剧烈;顶部张紧器的刚度是决定隔水管反冲特性的一个重要因素,张紧器刚度越小,LMRP与防喷器发生碰撞的可能性越大;解脱相位角对隔水管的反冲特性影响不大。
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
深水钻井隔水管正常作业示意图及
隔水管紧急解脱后LMRP与BOP距离的变化如图2所示。由图2可以看出,隔水管紧急解脱后,在顶部张紧系统弹簧和钻井液黏滞阻力的共同作用下,反冲响应在开始的一段时间内比较剧烈;储存在隔水管内部的弹性势能被迅速释放,LMRP在0.5 s的时间内被“提拉”上升至距离水下防喷器3.05 m处;由于海水阻尼的作用,随后的轴向振动幅值逐渐减弱;当紧急解脱约5 s后,隔水管在顶部张紧系统的升沉作用下,反冲响应逐渐变得规律,最后在静态平衡位置附近做轴向振动。本算例中,隔水管紧急解脱后LMRP的振动位置始终位于BOP的上方 (x*(t)>0),因此不存在LMRP与BOP发生碰撞的可能。3.2 敏感性分析
不同作业水深时,隔水管紧急解脱后LMRP与BOP之间的距离变化如图3所示。由图3可知,隔水管的反冲响应集中在紧急解脱后的一段时间内,不同水深作业条件下,这一时间段大致相同。水深越大,隔水管紧急解脱后LMRP与BOP之间的最大距离越大。这是因为水深越大,隔水管正常钻井作业时产生的拉伸量越大,储存的弹性势能越大;并且由于隔水管的长度不同,其振动达到平衡时的LMRP位移也不同,4种水深条件下,LMRP最后的振动平衡位置距BOP分别为0.80、1.45、2.20和2.98 m。隔水管紧急解脱后LMRP的振动位置始终位于BOP的上方。但LMRP被拉升的高度越大,对张紧系统的活塞和月池的威胁越大。因此在同样的作业条件下,水深越大,隔水管紧急解脱的安全作业窗口越小。3.2.2 波 高
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水钻井平台-张紧器-隔水管耦合系统动力学特性分析[J]. 张慎颜,刘秀全,畅元江,马秀梅,刘康,陈国明. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]深水钻井隔水管反冲控制系统建模与仿真[J]. 何新霞,张方芬,田秀娟,刘秀全. 石油机械. 2016(03)
[3]深水钻井隔水管紧急脱离后的反冲响应[J]. 李朝玮,樊洪海,汪志明,沈维格,王义顷. 海洋工程. 2015(04)
[4]基于AMESim的平台隔水管张紧器建模与仿真研究[J]. 张磊,畅元江,刘秀全,刘康,杨焕丽. 石油机械. 2013(12)
[5]深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析[J]. 张磊,畅元江,刘秀全,刘康,陈黎明. 石油钻探技术. 2013(03)
[6]浮式钻井平台升沉运动分析[J]. 王维旭,周天明,于兴军,张鹏. 石油矿场机械. 2011(09)
硕士论文
[1]深水钻井隔水管装置防反冲控制对策及应用研究[D]. 张方芬.中国石油大学(华东) 2015
[2]深水钻井隔水管张紧系统反冲控制研究[D]. 田秀娟.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3012118
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
深水钻井隔水管正常作业示意图及
隔水管紧急解脱后LMRP与BOP距离的变化如图2所示。由图2可以看出,隔水管紧急解脱后,在顶部张紧系统弹簧和钻井液黏滞阻力的共同作用下,反冲响应在开始的一段时间内比较剧烈;储存在隔水管内部的弹性势能被迅速释放,LMRP在0.5 s的时间内被“提拉”上升至距离水下防喷器3.05 m处;由于海水阻尼的作用,随后的轴向振动幅值逐渐减弱;当紧急解脱约5 s后,隔水管在顶部张紧系统的升沉作用下,反冲响应逐渐变得规律,最后在静态平衡位置附近做轴向振动。本算例中,隔水管紧急解脱后LMRP的振动位置始终位于BOP的上方 (x*(t)>0),因此不存在LMRP与BOP发生碰撞的可能。3.2 敏感性分析
不同作业水深时,隔水管紧急解脱后LMRP与BOP之间的距离变化如图3所示。由图3可知,隔水管的反冲响应集中在紧急解脱后的一段时间内,不同水深作业条件下,这一时间段大致相同。水深越大,隔水管紧急解脱后LMRP与BOP之间的最大距离越大。这是因为水深越大,隔水管正常钻井作业时产生的拉伸量越大,储存的弹性势能越大;并且由于隔水管的长度不同,其振动达到平衡时的LMRP位移也不同,4种水深条件下,LMRP最后的振动平衡位置距BOP分别为0.80、1.45、2.20和2.98 m。隔水管紧急解脱后LMRP的振动位置始终位于BOP的上方。但LMRP被拉升的高度越大,对张紧系统的活塞和月池的威胁越大。因此在同样的作业条件下,水深越大,隔水管紧急解脱的安全作业窗口越小。3.2.2 波 高
【参考文献】：
期刊论文
[1]深水钻井平台-张紧器-隔水管耦合系统动力学特性分析[J]. 张慎颜,刘秀全,畅元江,马秀梅,刘康,陈国明. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]深水钻井隔水管反冲控制系统建模与仿真[J]. 何新霞,张方芬,田秀娟,刘秀全. 石油机械. 2016(03)
[3]深水钻井隔水管紧急脱离后的反冲响应[J]. 李朝玮,樊洪海,汪志明,沈维格,王义顷. 海洋工程. 2015(04)
[4]基于AMESim的平台隔水管张紧器建模与仿真研究[J]. 张磊,畅元江,刘秀全,刘康,杨焕丽. 石油机械. 2013(12)
[5]深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析[J]. 张磊,畅元江,刘秀全,刘康,陈黎明. 石油钻探技术. 2013(03)
[6]浮式钻井平台升沉运动分析[J]. 王维旭,周天明,于兴军,张鹏. 石油矿场机械. 2011(09)
硕士论文
[1]深水钻井隔水管装置防反冲控制对策及应用研究[D]. 张方芬.中国石油大学(华东) 2015
[2]深水钻井隔水管张紧系统反冲控制研究[D]. 田秀娟.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：3012118
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