發(fā)布時(shí)間：2017-08-04 14:31

  本文關(guān)鍵詞：海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)特征及施工參數(shù)優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 深水鉆井 海洋環(huán)境載荷 力學(xué)特征 工況分析 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：目前,世界上還有超過90%的海上油氣儲(chǔ)量是賦存在海面1000m以下的深水地層中,深水/超深水油氣開發(fā)是油氣工業(yè)的重要領(lǐng)域,也是國家深海戰(zhàn)略的重要組成,隨著深水油氣田開發(fā)的不斷深入,作業(yè)和生產(chǎn)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)控制成為關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)和難點(diǎn),海洋鉆井系統(tǒng)中的隔水管是連接平臺(tái)和水下井口的關(guān)鍵設(shè)備,要承受海洋環(huán)境和鉆井工況的耦合作用,容易發(fā)生磨損、破裂等事故,國內(nèi)外已多次發(fā)生因隔水管事故引起重大的經(jīng)濟(jì)損失和作業(yè)安全問題。考慮到深水海洋環(huán)境下隔水管系統(tǒng)受力情況的復(fù)雜性,本文分別建立了海流載荷、渦流載荷和波浪載荷的計(jì)算模型。并提出了深海和淺海的海流剖面計(jì)算模型,對比分析了深水流速剖面計(jì)算模型和淺水流速剖面計(jì)算模型的剖面數(shù)值差異,明確的了淺水流水剖面的適用局限性和建立深水流速剖面的必要性。建立海流載荷計(jì)算模型,將系統(tǒng)各位置處的載荷以微元段載荷的形式表現(xiàn)出來。建立渦流載荷的計(jì)算模型,根據(jù)渦流特征,結(jié)合斯托哈爾數(shù),推導(dǎo)渦流載荷的計(jì)算表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn),若在深水中采用淺水模型會(huì)造成海流載荷值和渦流載荷值的計(jì)算結(jié)果偏小,影響隔水管設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,增加施工風(fēng)險(xiǎn)。建立波浪載荷計(jì)算模型,首先確定了阻力系數(shù)和慣性力系數(shù),然后結(jié)合Morison方程進(jìn)行計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)海浪載荷和渦流載荷變化規(guī)律符合正余弦函數(shù)變化,此規(guī)律有利于計(jì)算過程中的力學(xué)施加,另外得出海流載荷比渦流載荷和海浪載荷影響范圍大,對隔水管系統(tǒng)的能量輸入起決定性作用,但在確定浮力塊配置方案時(shí),渦流載荷和海浪載荷是重要考慮因素。本文根據(jù)力平衡和力矩平衡建立了隔水管四階動(dòng)力學(xué)方程,采用有限差分進(jìn)行求解,收斂性良好,穩(wěn)定性強(qiáng),迭代誤差小,可分析隔水管系統(tǒng)的動(dòng)、靜力學(xué)特征。根據(jù)理論研究編制了隔水管系統(tǒng)分析軟件,適用于隔水管正常工況、極限工況、暫停工況和應(yīng)急脫落工況設(shè)計(jì)分析,可優(yōu)化浮力塊配置、頂張力配置和鉆井液密度等工況參數(shù)。本文研究發(fā)現(xiàn)頂張力對隔水管的力學(xué)特征影響很大,若張力器無法為隔水管提供足夠的頂張力,須安裝浮力塊,可通過優(yōu)化浮力塊位置和長度減小隔水管系統(tǒng)的渦激振動(dòng)。本文編制的隔水管系統(tǒng)分析軟件可為深水海洋鉆井施工提供設(shè)計(jì)思路和安全性驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：深水鉆井 海洋環(huán)境載荷 力學(xué)特征 工況分析 參數(shù)優(yōu)化
【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3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 目的意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國外現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容及研究思路16-17
• 1.3.1 研究內(nèi)容16
• 1.3.2 研究思路16-17
• 第2章 鉆井隔水管系統(tǒng)組成研究17-26
• 2.1 物理模型17-19
• 2.2 隔水管系統(tǒng)部件19-25
• 2.2.1 隔水管單根19-20
• 2.2.2 浮力塊20-22
• 2.2.3 快速連接接頭22-25
• 2.2.4 輔助管線25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 隔水管浮力系統(tǒng)波流載荷分析26-47
• 3.1 海流載荷26-31
• 3.1.1 海流26-27
• 3.1.2 海流載荷計(jì)算模型27-31
• 3.2 渦流載荷31-33
• 3.2.1 隔水管系統(tǒng)振動(dòng)頻率計(jì)算32
• 3.2.2 渦流載荷計(jì)算模型32-33
• 3.3 海浪載荷33-36
• 3.3.1 海浪33
• 3.3.2 海浪模型33-35
• 3.3.3 海浪載荷計(jì)算模型35-36
• 3.4 深水環(huán)境載荷實(shí)例計(jì)算36-45
• 3.4.1 主要程序流程圖37-38
• 3.4.2 計(jì)算結(jié)果38-45
• 3.5 三維環(huán)境載荷分析45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)模型研究47-57
• 4.1 隔水管力學(xué)模型研究47-51
• 4.1.1 建立坐標(biāo)系47-48
• 4.1.2 載荷分析48-49
• 4.1.3 隔水管系統(tǒng)力學(xué)控制方程49-51
• 4.1.4 邊界條件51
• 4.2 方程差分及求解51-56
• 4.2.1 網(wǎng)格劃分52-53
• 4.2.2 差商替換53
• 4.2.3 差分項(xiàng)合并形式53-54
• 4.2.4 Jacobi迭代求解54-56
• 4.2.5 差分方程收斂性分析56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第5章 深水鉆井隔水管力學(xué)特征分析及應(yīng)用研究57-91
• 5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)57-59
• 5.2 深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)分析結(jié)果59-66
• 5.3 隔水管力學(xué)特征分析66-79
• 5.3.1 海洋載荷對隔水管力學(xué)特征的影響分析66-72
• 5.3.2 深水鉆井工況分析及參數(shù)優(yōu)化72-79
• 5.4 深水鉆井隔水管動(dòng)力學(xué)特征分析79-87
• 5.4.1 隔水管振動(dòng)特征分析79-82
• 5.4.2 浮力塊配置方案優(yōu)化82-87
• 5.5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究87-90
• 5.6 深水鉆井安全作業(yè)對策及技術(shù)措施90
• 5.7 本章小結(jié)90-91
• 第6章 隔水管浮力系統(tǒng)分析軟件編制91-99
• 6.1 軟件模塊組成及功能描述91-92
• 6.1.1 軟件模塊組成91-92
• 6.1.2 軟件結(jié)構(gòu)框圖92
• 6.1.3 編程語言92
• 6.2 軟件編制及功能92-98
• 6.2.1 軟件計(jì)算流程圖92-93
• 6.2.2 軟件主要功能93-97
• 6.2.3 數(shù)據(jù)庫組成和數(shù)據(jù)表97-98
• 6.2.4 圖形輸出98
• 6.3 本章小結(jié)98-99
• 第7章 結(jié)論及建議99-100
• 7.1 結(jié)論99
• 7.2 建議99-100
• 致謝100-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果101-102
• 參考文獻(xiàn)102-105

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐興平;王龍庭;;受撞淺海隔水管復(fù)位分析[J];石油礦場機(jī)械;2008年04期

2 孫友義;陳國明;暢元江;鞠少棟;;超深水隔水管懸掛動(dòng)力分析與避臺(tái)風(fēng)策略探討[J];中國海洋平臺(tái);2009年02期

3 孫友義;陳國明;暢元江;許亮斌;;基于渦激抑制的隔水管浮力塊分布方案優(yōu)化[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年03期

4 鞠少棟;暢元江;陳國明;陳黎明;許亮斌;;深水鉆井隔水管懸掛窗口確定方法[J];石油學(xué)報(bào);2012年01期

5 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

6 李中;楊進(jìn);曹式敬;黃熠;郭永賓;謝仁軍;;深海水域鉆井隔水管力學(xué)特性分析[J];石油鉆采工藝;2007年01期

7 暢元江;陳國明;許亮斌;殷志明;王宏安;;深水頂部張緊鉆井隔水管非線性靜力分析[J];中國海上油氣;2007年03期

8 王海峽;趙廣慧;;波流極值載荷作用下隔水管的非線性分析[J];石油礦場機(jī)械;2008年11期

9 王海峽;趙廣慧;余長柏;章靖;李維國;;充液鉆井隔水管的非線性動(dòng)力特性分析[J];石油礦場機(jī)械;2010年05期

10 張煒;范春英;王娜;;深水鉆井隔水管漂浮減重技術(shù)[J];石油機(jī)械;2010年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高寶奎;;深水隔水管動(dòng)態(tài)變形有限單元分析[A];第九屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

2 鄧欣;鞠少棟;陳國明;暢元江;;1830m超深水鉆井隔水管系統(tǒng)分析[A];2010年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

3 弓大為;;海洋隔水管的受力分析[A];2003年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

4 朱海龍;孫寶江;高永海;;大直徑隔水管攜巖工藝及計(jì)算[A];2008年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

5 吳豪;段夢蘭;林文惠;;鉆井隔水管時(shí)域非線性有限元分析[A];北京力學(xué)會(huì)第19屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

6 李妍;馬萬俊;高德利;;鉆井隔水管基本周期簡化計(jì)算方法[A];第19屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅲ冊）[C];2010年

7 陳才虎;王耀鋒;楊紅剛;;深水鉆井隔水管快速連接技術(shù)研究[A];2011年石油裝備學(xué)術(shù)研討會(huì)論文專輯[C];2011年

8 彭朋;陳國明;;深水鉆井隔水管磨損評(píng)估及保護(hù)措施分析[A];2008年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

9 暢元江;陳國明;鞠少棟;;國外深水鉆井隔水管系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[A];2008年石油裝備學(xué)術(shù)年會(huì)暨慶祝中國石油大學(xué)建校55周年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

10 暢元江;陳國明;王榮耀;鞠少棟;;深水鉆井隔水管系統(tǒng)鉆前設(shè)計(jì)軟件開發(fā)與驗(yàn)證[A];紀(jì)念徐秉漢院士船舶與海洋結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 亢峻星;什么樣的隔水管能適應(yīng)深水作業(yè)[N];中國船舶報(bào);2009年

2 記者 甘豐錄;寶石公司深水鉆井隔水管樣機(jī)試制成功[N];中國船舶報(bào);2011年

3 記者 梁茵邋通訊員 王穎;寶石機(jī)械公司著手開發(fā)深水鉆井隔水管[N];中國石油報(bào);2008年

4 通訊員 江艷;我國首臺(tái)海洋鉆井隔水管裝置亮相國際展[N];中國石油報(bào);2010年

5 記者 甘豐錄;國內(nèi)首根深水鉆井隔水管接頭通過拉伸試驗(yàn)[N];中國船舶報(bào);2011年

6 記者 陳青　通訊員 康瑩;國產(chǎn)首根高強(qiáng)度海洋鉆井隔水管試制成功[N];中國石油報(bào);2011年

7 田惠;中國海油再度牽手阿科克瓦那[N];中國石化報(bào);2007年

8 王哲;寶石公司海洋鉆井隔水管裝置試制完成[N];中國船舶報(bào);2010年

9 記者 錢蘭;曙光大力開拓國內(nèi)市場[N];泰州日報(bào);2008年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 付英軍;深水無隔水管段鉆井關(guān)鍵力學(xué)問題研究[D];西南石油大學(xué);2013年

2 劉秀全;深水鉆井隔水管完整性及臺(tái)風(fēng)事故應(yīng)對策略研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

3 彭朋;深水鉆井隔水管壽命管理技術(shù)研究[D];中國石油大學(xué);2009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];中國石油大學(xué);2009年

5 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

6 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

7 暢元江;深水鉆井隔水管設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用研究[D];中國石油大學(xué);2008年

8 鞠少棟;深水鉆井隔水管及井口作業(yè)分析與決策研究[D];中國石油大學(xué)（華東）;2012年

9 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

10 谷斐;隔水管渦激振動(dòng)抑制裝置的流動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孟凡召;隔水管動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析[D];中國石油大學(xué);2010年

2 湯燕;深水隔水管法蘭系統(tǒng)的安全性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 張磊;深水鉆井隔水管反沖控制技術(shù)研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

4 董薇;淺海隔水管張緊力計(jì)算及張緊器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

5 張寧;隔水管橫向振動(dòng)特性與浮力塊配置優(yōu)化[D];燕山大學(xué);2016年

6 湯建冬;深水鉆井隔水管與防噴器組風(fēng)險(xiǎn)分析[D];浙江大學(xué);2016年

7 劉珊珊;深水鉆井隔水管耦合力學(xué)分析與數(shù)值模擬[D];東北石油大學(xué);2016年

8 萬長成;深水鉆井隔水管力學(xué)特性與渦激振動(dòng)研究[D];西南石油大學(xué);2016年

9 范鵬飛;海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)特征及施工參數(shù)優(yōu)化研究[D];西南石油大學(xué);2016年

10 馮鈺欽;海洋鉆井隔水管變形特性的理論與仿真分析研究[D];西南石油大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：620084