深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學分析與工程設計

深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學分析與工程設計 1
目 錄 2
引言 6
第1章 深水鉆井隔水管柱力學分析基礎 7
1.1 深水鉆井隔水管系統(tǒng) 8
1.1.1 隔水管系統(tǒng)組成 8
1.1.2 隔水管作業(yè)工況 9
1.2 隔水管系統(tǒng)環(huán)境載荷分析 12
1.2.1 風 12
1.2.2 波浪 13
1.2.3 海流 16
1.2.4 內(nèi)波 16
1.2.5 平臺的運動 18
1.3 深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學模型 19
1.3.1 連接作業(yè)狀態(tài)下深水鉆井隔水管力學模型 19
1.3.2 懸掛作業(yè)狀態(tài)下深水鉆井隔水管力學模型 20
1.3.3 深水鉆井隔水管系統(tǒng)疲勞分析模型 21
1.4 隔水管系統(tǒng)的靜態(tài)力學分析 24
第2章 深水海底井口-隔水管-平臺耦合動力學 29
2.1 浮體/系纜/隔水管耦合系統(tǒng)分析基礎 29
2.1.1 耦合系統(tǒng)分析方法及原理 30
2.1.2 一階浮體運動與二階波浪力 31
2.1.3 隔水管振動微分方程 32
2.1.4 細長結(jié)構(gòu)上的水動力載荷 33
2.2 超深水系泊鉆井系統(tǒng)耦合系統(tǒng)分析 34
2.2.1 系統(tǒng)分析模型 34
2.2.2 環(huán)境載荷模型 35
2.2.3 浮體運動特性分析 35
2.2.4 隔水管響應特性分析 36
2.3 深水動力定位平臺-隔水管耦合系統(tǒng)動力學分析與預警 38
2.3.1 動力定位平臺-隔水管耦合系統(tǒng)動力學模型及分析 39
2.3.2 深水動力定位平臺-隔水管耦合系統(tǒng)漂移預警界限分析 43
2.3.3 深水動力定位平臺-隔水管耦合系統(tǒng)驅(qū)離預警界限分析 48
2.4 深水錨泊平臺-隔水管耦合系統(tǒng)動力學分析與控制 49
2.4.1 深水錨泊平臺-隔水管耦合系統(tǒng)動力學模型及分析流程 50
2.4.2 常規(guī)海洋環(huán)境下錨泊平臺-隔水管耦合系統(tǒng)動力學分析 52
第3章 深水隔水管柱軸向動力學分析 57
3.1 隔水管下放/回收作業(yè)軸向動力分析 57
3.1.1 分析模型與分析方法 57
3.1.2 不同浮力配置下的隔水管張力波動特性 61
3.1.3 浮力配置優(yōu)化分析 62
3.2 懸掛模式下隔水管軸向動力特性分析 63
3.2.1 硬懸掛模式與軟懸掛模式 64
3.2.2 分析模型與分析方法 64
3.2.3 硬懸掛軸向動力分析 65
3.2.4 軟懸掛軸向動力分析 67
3.3 平臺升沉運動下深水鉆井隔水管柱參數(shù)激勵穩(wěn)定性 67
3.3.1 平臺運動下深水鉆井隔水管系統(tǒng)參激穩(wěn)定性模型 67
3.3.2 平臺運動下深水鉆井隔水管系統(tǒng)參激穩(wěn)定性分析 68
3.3.3 深水鉆井隔水管系統(tǒng)參數(shù)激勵有限元分析 70
3.3.4 平臺運動下深水鉆井隔水管系統(tǒng)參數(shù)激勵動力學分析 73
3.4 隔水管緊急脫離與反沖動力學分析 76
3.4.1 張緊器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 76
3.4.2 張緊器系統(tǒng)數(shù)學模型 77
3.4.3 基于AMESim的張緊器系統(tǒng)建模與仿真 79
3.4.4 深水鉆井隔水管反沖響應分析 81
第4章 深水隔水管柱渦激響應分析及控制 99
4.1 隔水管VIV數(shù)值模擬 99
4.1.1 流體動力學控制方程 99
4.1.2 圓柱體的振動控制方程 100
4.1.3 流固耦合運動模擬 101
4.1.4 無量綱系數(shù) 101
4.1.5 計算模型 102
4.1.6 數(shù)值模擬結(jié)果與討論 103
4.2 隔水管渦激疲勞分析 108
4.2.1 連接作業(yè)模式下隔水管系統(tǒng)渦激疲勞分析 108
4.2.2 不同作業(yè)模式下隔水管系統(tǒng)渦激疲勞分析 116
4.3 隔水管渦激疲勞抑制技術(shù) 120
4.3.1 VIV抑制裝置類型概述 120
4.3.2 減震器裝置CFD分析 122
4.3.3 螺旋列版裝置CFD分析 126
4.3.4 渦激屏蔽裝置CFD分析 127
第5章 極端工況下隔水管柱安全分析 130
5.1 臺風環(huán)境下隔水管安全分析 130
5.1.1 臺風對南海深水鉆井作業(yè)的挑戰(zhàn) 130
5.1.2 隔水管自存分析模型 132
5.1.3 隔水管自存作業(yè)窗口分析 133
5.2 隔水管避臺撤離策略研究 138
5.2.1 避臺策略討論 138
5.2.2 避臺撤離分析模型與分析方法 140
5.2.3 硬懸掛模式撤離分析 140
5.2.4 軟懸掛模式撤離分析 142
5.3 內(nèi)波環(huán)境下隔水管作業(yè)安全分析 144
5.3.1 內(nèi)波環(huán)境載荷下耦合系統(tǒng)力學模型 144
5.3.2 內(nèi)波作用下隔水管系統(tǒng)作業(yè)安全評估 145
5.3.3 內(nèi)波下的隔水管系統(tǒng)動力學特性 149
第6章 深水隔水管系統(tǒng)(作業(yè))工程設計及應用 152
6.1 深水鉆井隔水管系統(tǒng)配置方法 152
6.2 深水鉆井隔水管頂張力確定方法 155
6.2.1 API理論算法 155
6.2.2 基于底部殘余張力的頂張力確定方法 156
6.2.3 基于下放鉤載的頂張力確定方法 156
6.3 隔水管作業(yè)窗口分析方法 157
6.3.1 隔水管鉆井作業(yè)窗口分析方法 157
6.3.2 隔水管下放/回收作業(yè)窗口分析方法 158
6.3.3 懸掛作業(yè)窗口分析方法 159
6.3.4 完井作業(yè)窗口分析方法 160
6.4 深水隔水管工程應用實例分析 161
6.4.1 隔水管系統(tǒng)配置 161
6.4.2 張緊力計算 163
6.4.3 隔水管作業(yè)窗口及渦激疲勞分析 164
6.5 深水鉆井隔水管系統(tǒng)設計與作業(yè)管理系統(tǒng) 167
6.5.1 軟件組成及功能介紹 167
6.5.2 隔水管系統(tǒng)有限元分析 169
6.5.3 深水鉆井隔水管系統(tǒng)設計 174
6.5.4 深水鉆井隔水管系統(tǒng)作業(yè)指導 176
參考文獻 180