發(fā)布時(shí)間：2018-02-11 11:42

  本文關(guān)鍵詞： 鉆井隔水管 力學(xué)模型 縱向振動 橫向振動 反沖控制 操作窗　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：深水鉆井隔水管是連接海洋鉆井裝置和水下井口的重要結(jié)構(gòu),承受著復(fù)雜的作用力,一旦出現(xiàn)事故將會帶來嚴(yán)重后果。在深水海域臺風(fēng)等極端天氣頻發(fā),為了保護(hù)井口和鉆井裝置,必須斷開隔水管與井口之間的連接,隔水管處于懸掛模式,當(dāng)遭遇強(qiáng)臺風(fēng)等超過了隔水管懸掛自存的惡劣天氣時(shí),必須實(shí)施避臺緊急撤離,隔水管的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜。因此,開展深水鉆井隔水管懸掛模式力學(xué)行為研究,對深水鉆井安全控制方法的完善具有重要意義,本文主要研究成果如下:(1)針對深水鉆井隔水管懸掛模式特點(diǎn),綜合考慮了平臺升沉運(yùn)動、頂部張緊器的補(bǔ)償作用、海水阻尼以及隔水管底部LMRP/BOP的集中質(zhì)量影響,根據(jù)動力學(xué)基本原理建立了隔水管懸掛模式縱向振動力學(xué)模型,并利用有限差分法對微分方程進(jìn)行離散,結(jié)合模型上下邊界條件以及初始條件對方程組求解,分析結(jié)果表明,軟懸掛模式下的縱向振動位移和應(yīng)力明顯小于硬懸掛;隨著水深、隔水管壁厚的增加,隔水管縱向振動位移逐漸減小;增加浮力塊增加了隔水管縱向振動位移和底部應(yīng)力;減小BOP質(zhì)量和隔水管壁厚有效可以減小隔水管縱向應(yīng)力。(2)針對海洋環(huán)境載荷對隔水管橫向振動的動態(tài)響應(yīng)問題,依據(jù)動力學(xué)基本原理建立了隔水管橫向振動力學(xué)模型,考慮了海流力、海浪力以及隔水管自重等影響,結(jié)合懸掛模式的實(shí)際工況給出了模型邊界條件,使用有限差分法推導(dǎo)出方程組的差分格式,通過FORTRAN編程對方程組進(jìn)行求解。分析結(jié)果表明,平臺漂移、水深和浮力塊對隔水管橫向位移影響較大;隨著隔水管壁厚、BOP重量和海浪周期的增加,隔水管橫向位移逐漸減小;隨著海水阻力系數(shù)、波高和海流速度的增加,隔水管橫向位移逐漸增加;減小BOP質(zhì)量、隔水管壁厚以及增加浮力塊可以有效降低隔水管應(yīng)力值;而海水阻力系數(shù)、海浪周期和海流速度的變化對隔水管的應(yīng)力值沒有明顯影響。(3)針對隔水管緊急脫離時(shí)鉆井液泄放問題,依據(jù)流體動力學(xué)基本原理建立了隔水管鉆井液泄放模型,考慮了管壁摩擦力、液柱沖擊海水產(chǎn)生的拖曳力以及液柱自身重力等影響,并結(jié)合模型的初始條件對方程進(jìn)行求解。分析結(jié)果表明,增加水深和鉆井液密度,加快了鉆井液泄放速度,同時(shí)也增加了摩擦力、壓力損失以及泄放加速度,而隔水管壁厚變化對鉆井液泄放沒有明顯影響。結(jié)合隔水管縱向振動模型和鉆井液泄放模型進(jìn)行了控制分析,分析結(jié)果表明,采用較大的頂部張緊力和較小的相位角脫離可以減少隔水管從反沖到被平臺鎖住的時(shí)間,而平臺升沉運(yùn)動幅值對反沖控制沒有明顯的影響。(4)針對隔水管懸掛模式作業(yè)窗口確定問題,根據(jù)已建立的隔水管縱向振動力學(xué)模型和橫向振動力學(xué)模型,結(jié)合隔水管安全作業(yè)準(zhǔn)則,對隔水管懸掛模式作業(yè)窗口進(jìn)行分析計(jì)算。由隔水管懸掛自存作業(yè)窗口分析結(jié)果表明,海面風(fēng)速和海面潮流速度主要影響隔水管頂部Mises等效應(yīng)力,隨著海面風(fēng)速的增大,作業(yè)窗口逐漸減小,在較小海面風(fēng)速或海面潮流速度下的作業(yè)窗口范圍較大。由隔水管緊急撤離作業(yè)窗口分析表明,海流角度和航速主要影響隔水管頂部撓性轉(zhuǎn)角,平臺采用順流撤離,允許的航速范圍大,且能更快的撤離至安全區(qū)域,采用低速航行,允許的海流角度范圍大,可以應(yīng)用于海洋環(huán)境變化較快的天氣條件
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE951

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本文編號：1502977