本文關鍵詞：海洋無隔水管鉆井鉆柱動力學分析　出處：《長江大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：油氣資源仍然是當今世界各國經濟發(fā)展的命脈,消耗量依舊在不斷增加,隨著陸地油氣資源逐漸減少,油氣資源的開采也逐漸由陸地向海洋甚至深水水域轉移。常規(guī)的海洋深水鉆井都使用了隔水管來連接井口裝置和鉆井平臺,其主要作用是為了隔離海水,引導鉆井管柱和套管等進入井口裝置,構成鉆井液的循環(huán)通道等作用。但是,隔水管的使用會導致平臺載荷增加,鉆井成本提高,隔水管承受的復雜載荷也容易造成結構失效,引發(fā)鉆井事故。無隔水管鉆井技術作為一種新型鉆井工藝,直接擺脫了對隔水管的使用,有效地降低了平臺要求,提高了海洋深水鉆井施工的安全性,鉆井作業(yè)的成本也可以得到降低。無隔水管鉆井作業(yè)在國外已經發(fā)展得較為成熟,并在多口井進行了實踐,效果顯著。然而,國內在該方面技術還處于起步階段,受國外對無隔水管鉆井關鍵設備和控制方法等實行技術封鎖的制約,我國的無隔水管鉆井技術發(fā)展也尤為緩慢。無隔水管鉆井以其深水鉆井高效的優(yōu)越性,已經逐漸成為各國競相研究的熱點。本文也依托于國家自然科學基金“深水無隔水管鉆井渦動對鉆柱動態(tài)響應研究”(51405032)這一課題開展了無隔水管鉆井鉆柱動力學研究。本文首先介紹了無隔水管鉆井技術的應用前景和研究意義,同時對目前的管柱力學研究狀況作了簡要剖析,針對無隔水管鉆井海水段鉆柱的動力學問題提出了采用達朗貝爾原理、瑞利梁軸轉子動力學理論、歐拉動力學方程建立鉆柱在轉速為零時的橫向振動力學模型和鉆柱在轉動狀態(tài)下的瞬態(tài)渦動力學模型,并采用有限元法(FEM)對建立的模型進行求解。其次,對無隔水管鉆井技術關鍵設備的主要結構和基本原理作了簡要介紹,并針對無隔水管鉆井海水段鉆柱的工況,分析了鉆柱單元所受的載荷形式以及軸向載荷、浪流載荷的計算方法。然后,基于達朗貝爾原理,通過分析海水段鉆柱微元的力學平衡和力矩平衡建立了鉆柱在轉速為零情況下的橫向振動力學模型。同時,基于歐拉動力學方程建立了鉆柱的渦動力學模型,推導了鉆柱渦動微分方程,并給出了相應的邊界條件和周期性條件。再者,依據本文建立的力學模型,采用計算精度較高的中心差分方法將高階微分方程離散。通過求解鉆柱橫向振動微分方程得到了鉆柱在橫向振動狀態(tài)下動態(tài)響應規(guī)律,分析了大鉤載荷、平臺偏移量、海流和波浪對鉆柱橫向振動的力學影響規(guī)律。同時,依據所建立的鉆柱渦動微方程,推導了鉆柱臨界轉速表達式。通過求解特定工況下的鉆柱渦動響應,得到了鉆柱在渦動狀態(tài)下的力學變化規(guī)律。最后,依據本文所得到的鉆柱動力學模型和微分方程求解方法,利用C#與Matlab混合編程技術開發(fā)了"無隔水管鉆井鉆柱動力學分析軟件",軟件界面友好,結構合理,層次分明,可提高無隔水管鉆井鉆柱動力學計算效率。本課題通過開展海洋無隔水管鉆井工況下海水段鉆柱的動力學研究,客觀地解釋了海水段鉆井管柱運動規(guī)律,研究結果將有效指導無隔水管鉆井施工作業(yè),同時也能對無隔水管鉆井鉆柱動力學的深入研究提供理論參考。
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE951

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