深水鉆井隔水管的振動(dòng)分析與數(shù)值模擬.pdf

1、世界上已發(fā)現(xiàn)的海上油氣儲(chǔ)量有90％潛伏在水深超過1000米以上的深水區(qū)，因此，深水油氣資源的開采是是未來油氣工業(yè)的主戰(zhàn)場。由于鉆井環(huán)境條件隨水深的增加變得相對復(fù)雜，隔水管柱的受力狀態(tài)也更加惡劣和復(fù)雜，因此深水鉆井隔水管系統(tǒng)的受力及振動(dòng)分析是一個(gè)至關(guān)重要的研究課題。對于海洋深水鉆井而言，隔水管振動(dòng)破壞是設(shè)計(jì)和施工中必須考慮問題，特別是隔水管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性和隔水管外海洋環(huán)境載荷共同作用引起的振動(dòng)問題研究較少，因此，研究該問題具有重要的實(shí)際意

2、義和學(xué)術(shù)價(jià)值。 本文運(yùn)用流體力學(xué)理論、波動(dòng)理論及相關(guān)的分析方法，對海洋深水鉆井隔水管所承受的環(huán)境載荷進(jìn)行了分析和研究，得到了海流力和波浪力的計(jì)算公式，為計(jì)算隔水管環(huán)境載荷提供了依據(jù)，分析了管內(nèi)氣液兩相流的波動(dòng)壓力，在前人實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，分析回歸波動(dòng)壓力的振幅和波動(dòng)壓力的作用頻率的計(jì)算公式。 考慮隔水管在環(huán)境載荷作用下的小應(yīng)變大變形和軸向力影響的特點(diǎn)，以及隔水管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性對其振動(dòng)的影響，建立了隔水管在內(nèi)外載荷作用下的

3、力學(xué)模型，推導(dǎo)了隔水管的振動(dòng)微分方程，并對方程做了簡化。在此基礎(chǔ)上分析研究了深水鉆井隔水管的振動(dòng)特性，為隔水管的振動(dòng)和減振分析提供了理論基礎(chǔ)。 針對一個(gè)實(shí)例，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對隔水管振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過模擬得到了隔水管振動(dòng)時(shí)的最大橫向變形、最大橫向彎矩、最大應(yīng)力及其所在位置。通過對隔水管在只受外載荷作用和受內(nèi)外載荷共同作用時(shí)計(jì)算結(jié)果的比較，分析了內(nèi)部流體載荷對隔水管振動(dòng)的影響。 理論分析結(jié)合數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，分