深水钻井隔水管力学性质及应用研究

【摘要】：随着经济的发展,人们对油气资源的需求量不断升高,为了缓解我国的油气供求问题,开采深水海洋油气资源已势在必行。而随着水深的增加,海洋钻井的难度也越来越大。隔水管作为连接海上钻井平台以及水下井口的唯一通道,对深水钻井至关重要。因此为了确保隔水管的可靠性,减少海洋钻井损失,需对深水海洋环境中的隔水管进行力学性质以及现场应用研究。本文研究了深水波浪载荷、海流载荷、涡力载荷的作用机理以及计算模型,并基于软件编程实例分析了这三种主要海洋载荷的深水特性。基于达朗贝尔原理建立了深水隔水管力学分析模型,并采用有限差分法数值求解了该力学模型,同时基于对力学模型的研究,分析了各种敏感性因素对隔水管静力学性质的影响。基于深水钻井隔水管固有频率与模态振型的理论研究,采用软件编程与ANSYS建模两种方法分析了深水隔水管的固有特性,同时基于模态叠加理论,研究了深水钻井隔水管涡激振动疲劳损伤,分析了海况参数、壁厚参数、顶张力比参数以及螺旋列板参数对隔水管涡激疲劳的影响。同时基于螺旋列板结构的防涡激振动效应,设计了一种新型的螺旋列板隔水管快速接头,并采用有限元软件分析了螺旋列板隔水管快速接头的强度损伤特性,同时定性、定量的分析了该接头的防涡激振动效应。通过对隔水管力学性质的研究,分析了深水隔水管系统优化配置方案,提出了基于浮力块优化配置以及螺旋列板隔水管接头优化配置的隔水管系统配置方案。最后基于隔水管理论研究,编写了深水隔水管力学性质分析软件,该软件主要用于计算分析隔水管力学性质、固有频率以及模态振型。通过本文的研究,完善了深水钻井隔水管静力学、动力学性质分析,设计了一种螺旋列板隔水管快速接头,优化了隔水管系统配置,为深水海洋钻井隔水管系统的设计与配置提供了研究思路。