深水钻井隔水管系统疲劳可靠性分析

【摘要】： 陆上石油开采逐渐趋于紧张,石油勘探开发向海洋进军已成当务之急。海洋浅水区域油气开采已有相当长的时间,但此区域油气含量相对较低,已不能满足现代社会对油气资源的巨大需求量。而海洋深水区域蕴涵着丰富的油气资源,因此开采深水区域油气资源迫在眉睫。深水特殊环境给海洋钻井作业带来了诸多挑战,波浪、海流引起的钻井隔水管疲劳破坏是其中的关键问题之一,为了保证深水钻井作业安全、顺利地进行,就应对深水钻井隔水管系统的疲劳可靠性进行详细分析。本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)海洋技术领域“南海深水油气勘探开发关键技术及装备”重大项目课题:深水钻完井关键技术-深水隔水管及井口技术,对深水钻井隔水管系统的疲劳可靠性进行研究。 本文建立了深水钻井隔水管结构的有限元模型,以频域谱分析法求解深水钻井隔水管波致疲劳载荷谱,研究了随机波浪载荷下深水钻井隔水管结构的疲劳可靠性,并基于对隔水管波致疲劳可靠性的研究,对影响隔水管波致疲劳可靠性的各因素进行了参数敏感性分析。基于模态叠加结合有限元模拟求解深水钻井隔水管涡激振动疲劳载荷总应力参数,研究了海流参数、结构参数等对深水钻井隔水管结构涡激振动疲劳可靠度的影响规律,可为深水钻井作业提供参考。建立了隔水管接头的三维有限元模型,并根据国际通用标准提出了接头有限元计算结果的评价方法,可为隔水管接头的选型提供参考和依据。并在隔水管接头有限元计算的基础上研究了其疲劳可靠度。最后,在时域内通过对隔水管系统进行动态波浪载荷分析,评估其波致系统疲劳可靠度。深水钻井隔水管系统涡致疲劳可靠度相对波致疲劳可靠度占主导地位。从系统疲劳可靠度的角度展开对深水钻井隔水管系统的优化研究,对优化方案进行优选,确定深水钻井隔水管系统疲劳可靠度最优化的措施。