【摘要】：深水海洋油氣資源開發(fā)已逐漸成為世界油氣資源發(fā)展的主戰(zhàn)場。復雜的深水開采環(huán)境對海洋鉆井裝備提出了更高的要求,深水鉆井隔水管是連接鉆井平臺和水下井口以及井下的咽喉通道,對深水鉆完井的安全起到了至關重要的作用。深水鉆井隔水管在復雜的海流環(huán)境中由于渦激振動可能產生疲勞破壞,嚴重影響到深水鉆井隔水管的安全服役。因此開展深水鉆井隔水管渦激振動機理及其抑制研究具有重大理論價值和實際工程意義。本文研究的主要內容及成果： (1)在大量調研海洋環(huán)境載荷資料基礎上,利用CFD軟件建立深水鉆井隔水管的繞流模型,研究不同尺寸隔水管繞流流場分布、升阻力系數以及漩渦脫落頻率的變化規(guī)律,得到了升力系數、阻力系數、漩渦脫落頻率與流速、管徑的關系,揭示了深水鉆井隔水管渦激振動機理研究。 (2)針對常用深水鉆井隔水管結構系統(tǒng),建立深水鉆井隔水管系統(tǒng)固有頻率模型,分析張力、平臺偏移、浮力塊、水深、管徑、壁厚等對深水鉆井隔水管固有頻率的影響,研究結果對抑制隔水管渦激振動和避免渦激共振提供了理論支撐。 (3)通過建立波浪、海流環(huán)境下深水鉆井隔水管有限元力學模型,分析了一般海況和極值海況下隔水管的渦激振動響應,成功捕捉到了“鎖定”現象。研究得到了深水鉆井隔水管渦激響應的最大變形位置和受力位置。為現場隔水管的安全使用提供依據。 (4)通對分析環(huán)境因素、平臺偏移、頂部張力、浮力塊對隔水管渦激振動的影響得到海面流速越大,隔水管的下部低速流區(qū)越易發(fā)渦激共振。平臺偏移會加劇隔水管的渦激振動破壞。增大張力和使用浮力塊能有效抑制隔水管流向上的振動,降低隔水管橫向振動模態(tài)階次和橫向受力。 (5)利用有限元軟件建立1500m全尺寸(長徑比為2800)的深水鉆井隔水管與深水剪切流的三維流固耦合模型,開展不同張力下隔水管的渦激振動流固耦合研究,并從流場特征、隔水管的運動特性等方面分析張力大小對渦激振動的抑制作用,對隔水管強度設計、壽命預測以及現場應用具有重要意義。
【圖文】：

海上鉆井通過使用隔水管來建立井眼與水面以上的鉆井平臺之間的循環(huán)通道，安裝井口分離器和井口裝置，以保證井下作業(yè)安全。隔水管系統(tǒng)結構如圖2-1所示，隔水管上部與鉆井平臺相連，下部與井口防噴器相連。從海洋平臺到井口整個隔水管串由卡盤、萬向節(jié)、分流器、上部曉性接頭、張力環(huán)、伸縮節(jié)、裸隔水管、浮力隔水管、輔助管線、下部柔性接頭、隔水管下部總成、防噴器組成[65_69]。深水鉆井隔水管是由一系列的大直徑無縫或c罱癰咔慷裙芡ü菟傭�，其密封采用靳橍或者弹刑N遄楹鮮迪幀Ｔ諫釧昃懈羲苡×墾∮貿さ母羲艿ジ�，工程少tǔＱ∮玫ジの

本文編號：2557302