本文關(guān)鍵詞：基于內(nèi)外流耦合作用的隔水管力學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 深水鉆井 隔水管 渦激振動(dòng) 響應(yīng)頻率 力學(xué)特性

【摘要】：海洋中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源,目前,海洋石油已成為世界石油工業(yè)的重要區(qū)域和科技創(chuàng)新的前沿。鉆井隔水管是連接鉆井平臺(tái)和水下井口的關(guān)鍵通道,對(duì)海洋石油鉆完井的安全性起到了至關(guān)重要的作用。隔水管在海水中既要承受自重和頂張力,也要承受外部海洋環(huán)境以及鉆井工況的耦合作用,容易發(fā)生失效事故,嚴(yán)重影響到深水鉆井的安全。因此,開(kāi)展基于內(nèi)外流耦合作用下的深水鉆井隔水管力學(xué)特性研究具有重要的理論價(jià)值和工程指導(dǎo)意義。本文研究的主要內(nèi)容及成果有以下幾個(gè)方面：(1)根據(jù)海流和波浪對(duì)隔水管加載方式的不同,總結(jié)海流力和波浪力的計(jì)算方法,將二者合成為海洋環(huán)境載荷。并在此基礎(chǔ)上建立隔水管微元靜力學(xué)分析模型,使用有限差分法對(duì)方程進(jìn)行求解,分析各影響因素對(duì)隔水管靜力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明,隔水管的流向變形、彎矩和偏移角隨著頂張力的增大而明顯減��；表面海流流速明顯加劇隔水管的流向變形；平臺(tái)偏移量的增大會(huì)使隔水管最大變形處上移,使得靠近海面的隔水管接頭更容易脫落。(2)針對(duì)深水鉆井隔水管系統(tǒng)特征,利用變分原理和泛函求極值法建立深水鉆井隔水管系統(tǒng)固有頻率計(jì)算模型,并使用有限元軟件ADINA驗(yàn)證了該模型的正確性。分析各影響因素等對(duì)深水鉆井隔水管固有頻率的影響。結(jié)果表明,固有頻率隨著頂張力的增大而增大,且增幅明顯；安裝有浮力塊的隔水管的固有頻率比無(wú)浮力塊的隔水管的更大。(3)針對(duì)隔水管從海面到海底受到的不同水流速度,將三維隔水管簡(jiǎn)化為二維圓柱,將三維流場(chǎng)簡(jiǎn)化為二維矩形流體域,基于有限元軟件ADINA建立了隔水管二維繞流模型,研究不同尺寸隔水管在不同水流流速影響下的升阻力系數(shù)和渦泄頻率的變化規(guī)律。分析顯示管徑對(duì)升阻力系數(shù)的影響并不明顯,而渦泄頻率隨著隔水管外徑的增大而減小。(4)在分析了隔水管渦泄頻率和固有頻率影響因素的基礎(chǔ)上,使用有限元軟件ADINA建立了基于內(nèi)外流耦合作用的全尺寸隔水管有限元分析模型,并用前人的物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有限元模型的正確性。結(jié)果表明,隔水管渦激振動(dòng)“鎖定”現(xiàn)象明顯,鉆井液密度越大,隔水管振動(dòng)的響應(yīng)振幅越大,響應(yīng)頻率越小,但鉆井液流速對(duì)隔水管渦激振動(dòng)特性影響不明顯；表面海流速度增大時(shí),渦激振動(dòng)的振幅增大；隔水管軸向應(yīng)力隨表面海流速度的增大而明顯增大,因此在極端海況下,增大頂張力來(lái)抑制渦激振動(dòng)的方法會(huì)使隔水管軸向應(yīng)力過(guò)大而危害鉆井安全。通過(guò)本文的研究,基本形成了一套深水鉆井隔水管靜力學(xué)分析方法,建立了考慮鉆井液流動(dòng)的隔水管渦激振動(dòng)流固耦合有限元分析模型,本文建立的理論分析方法和影響因素研究具有很好的理論研究?jī)r(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：深水鉆井 隔水管 渦激振動(dòng) 響應(yīng)頻率 力學(xué)特性
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE951
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 研究的目的和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-20
• 1.2.1 隔水管力學(xué)特性理論研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 隔水管力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 相關(guān)計(jì)算流體力學(xué)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3 本文的研究思路20
• 1.4 研究的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 基于海洋環(huán)境的隔水管靜力學(xué)特性研究22-41
• 2.1 海洋環(huán)境載荷分析22-27
• 2.1.1 海流力的計(jì)算23-25
• 2.1.2 波浪載荷的計(jì)算25-26
• 2.1.3 海洋環(huán)境載荷計(jì)算實(shí)例26-27
• 2.2 隔水管靜力學(xué)分析模型的建立27-32
• 2.2.1 隔水管受力分析27-31
• 2.2.2 邊界條件31-32
• 2.3 隔水管靜力學(xué)分析模型求解32-33
• 2.4 隔水管靜力學(xué)特性影響因素分析33-40
• 2.4.1 頂張力對(duì)隔水管力學(xué)特性的影響規(guī)律35-36
• 2.4.2 鉆井液密度對(duì)隔水管力學(xué)特性的影響36
• 2.4.3 表面海流流速對(duì)隔水管力學(xué)特性的影響36-37
• 2.4.4 波浪參數(shù)對(duì)隔水管力學(xué)特性影響規(guī)律37-39
• 2.4.5 平臺(tái)偏移量對(duì)隔水管力學(xué)特性的影響39-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 隔水管固有頻率影響因素分析41-51
• 3.1 隔水管固有頻率計(jì)算公式的推導(dǎo)41-46
• 3.1.1 變分原理和最小勢(shì)能法41-42
• 3.1.2 隔水管動(dòng)力控制方程42-44
• 3.1.3 隔水管固有頻率的推導(dǎo)44-46
• 3.2 隔水管系統(tǒng)固有頻率數(shù)值模擬46-47
• 3.3 隔水管固有頻率的影響因素分析47-50
• 3.3.1 頂張力對(duì)隔水管固有頻率的影響47-48
• 3.3.2 壁厚對(duì)隔水管固有頻率的影響48
• 3.3.3 鉆井液密度對(duì)隔水管固有頻率的影響48-49
• 3.3.4 隔水管長(zhǎng)度對(duì)固有頻率的影響49-50
• 3.3.5 浮力塊對(duì)隔水管固有頻率的影響50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章 隔水管二維繞流模型研究51-60
• 4.1 漩渦脫落51-52
• 4.2 渦激振動(dòng)相關(guān)參數(shù)52-53
• 4.3 二維繞流模型的建立53-55
• 4.4 不同管徑隔水管模擬結(jié)果55-59
• 4.4.1 升阻力系數(shù)模擬結(jié)果分析55-58
• 4.4.2 渦泄頻率模擬結(jié)果分析58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 隔水管渦激振動(dòng)流固耦合仿真計(jì)算分析60-77
• 5.1 隔水管流固耦合模擬模型的建立60-62
• 5.1.1 模型的建立60-61
• 5.1.2 鉆井液-隔水管-海水流固耦合模型61-62
• 5.2 深水鉆井隔水管力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證62-64
• 5.3 鉆井液對(duì)隔水管渦激振動(dòng)影響規(guī)律64-66
• 5.3.1 鉆井液密度對(duì)隔水管渦激振動(dòng)特性的影響64-65
• 5.3.2 鉆井液流速對(duì)隔水管渦激振動(dòng)特性的影響65-66
• 5.4 不同表面海流流速下隔水管渦激振動(dòng)模擬結(jié)果分析66-76
• 5.4.1 位移云圖分析67-68
• 5.4.2 位移時(shí)歷分析68-70
• 5.4.3 響應(yīng)頻譜分析70-72
• 5.4.4 運(yùn)動(dòng)軌跡分析72-74
• 5.4.5 流場(chǎng)速度矢量分布74-75
• 5.4.6 軸向管應(yīng)力云圖分析75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第6章 結(jié)論與建議77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 建議78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的科研項(xiàng)目87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 郭海燕;趙偉;王飛;;內(nèi)流對(duì)立管頂張力影響規(guī)律的試驗(yàn)研究[J];中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年01期

2 毛良杰;劉清友;周守為;姜偉;劉正禮;彭濤;;剪切流作用下隔水管渦激振動(dòng)響應(yīng)機(jī)理[J];石油勘探與開(kāi)發(fā);2015年01期

3 嚴(yán)雅婧;孟晶悅;張龍;;大型礦用挖掘機(jī)風(fēng)道壓力損失的計(jì)算[J];機(jī)械管理開(kāi)發(fā);2014年02期

4 劉清友;周守為;姜偉;柳軍;楊秀夫;王國(guó)榮;;基于鉆井工況和海洋環(huán)境耦合作用下的隔水管動(dòng)力學(xué)模型[J];天然氣工業(yè);2013年12期

5 周守為;劉清友;姜偉;毛良杰;楊秀夫;劉正禮;王國(guó)榮;黃鑫;石曉兵;付強(qiáng);柳軍;;深水鉆井隔水管“三分之一效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)——基于海流作用下深水鉆井隔水管變形特性理論及實(shí)驗(yàn)的研究[J];中國(guó)海上油氣;2013年06期

6 陳江濤;張培紅;周乃春;鄧有奇;;基于SA湍流模型的DES方法應(yīng)用[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

7 韓春杰;陳明明;閆鐵;;深水環(huán)境下隔水管的橫向自由振動(dòng)分析[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

8 姜偉;;深水鉆井隔水導(dǎo)管在起下作業(yè)過(guò)程中的固有頻率研究[J];中國(guó)海上油氣;2010年01期

9 張建僑;宋吉寧;呂林;滕斌;;柔性立管渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析[J];中國(guó)海洋平臺(tái);2009年04期

10 常書(shū)平;王永生;龐之洋;;用基于SST模型的DES方法數(shù)值模擬圓柱繞流[J];艦船科學(xué)技術(shù);2009年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 王鵬;深水鉆井隔水管系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)及力學(xué)耦合行為[D];東北石油大學(xué);2014年

2 宋吉寧;立管渦激振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究與離散渦法數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2012年

3 唐國(guó)強(qiáng);立管渦激振動(dòng)數(shù)值模擬方法及物理模型實(shí)驗(yàn)[D];大連理工大學(xué);2011年

4 孫友義;深水鉆井隔水管強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2009年

5 林�；�;隔水管渦激動(dòng)力響應(yīng)及疲勞損傷可靠性分析[D];大連理工大學(xué);2008年

6 王興國(guó);導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];大連理工大學(xué);2003年

7 周俊昌;海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)分析[D];西南石油學(xué)院;2001年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 左金菊;深水鉆井隔水管渦激振動(dòng)機(jī)理及其抑制研究[D];西南石油大學(xué);2015年

2 許玉旺;海洋立管渦激振動(dòng)頻域和時(shí)域預(yù)報(bào)方法研究[D];上海交通大學(xué);2014年

3 陳勇;基于LES/FDF的顆粒碰撞理論及其在濃相氣固多相流中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2011年

4 劉嘉;導(dǎo)管架儲(chǔ)油平臺(tái)靜力與動(dòng)力特性研究[D];大慶石油學(xué)院;2010年

5 張修占;深水鉆井隔水管振動(dòng)響應(yīng)分析[D];中國(guó)石油大學(xué);2009年

6 楊茂紅;深水鉆井隔水管的振動(dòng)分析與數(shù)值模擬[D];中國(guó)石油大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1098501