深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)分析與工程設(shè)計(jì)

深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)分析與工程設(shè)計(jì) 1
目 錄 2
引言 6
第1章 深水鉆井隔水管柱力學(xué)分析基礎(chǔ) 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(fēng) 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(tái)的運(yùn)動(dòng) 18
1.3 深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)模型 19
1.3.1 連接作業(yè)狀態(tài)下深水鉆井隔水管力學(xué)模型 19
1.3.2 懸掛作業(yè)狀態(tài)下深水鉆井隔水管力學(xué)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(xué)分析 24
第2章 深水海底井口-隔水管-平臺(tái)耦合動(dòng)力學(xué) 29
2.1 浮體/系纜/隔水管耦合系統(tǒng)分析基礎(chǔ) 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(yùn)動(dòng)與二階波浪力 31
2.1.3 隔水管振動(dòng)微分方程 32
2.1.4 細(xì)長結(jié)構(gòu)上的水動(dòng)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(yùn)動(dòng)特性分析 35
2.2.4 隔水管響應(yīng)特性分析 36
2.3 深水動(dòng)力定位平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與預(yù)警 38
2.3.1 動(dòng)力定位平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及分析 39
2.3.2 深水動(dòng)力定位平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)漂移預(yù)警界限分析 43
2.3.3 深水動(dòng)力定位平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)驅(qū)離預(yù)警界限分析 48
2.4 深水錨泊平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與控制 49
2.4.1 深水錨泊平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及分析流程 50
2.4.2 常規(guī)海洋環(huán)境下錨泊平臺(tái)-隔水管耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析 52
第3章 深水隔水管柱軸向動(dòng)力學(xué)分析 57
3.1 隔水管下放/回收作業(yè)軸向動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力分析 65
3.2.4 軟懸掛軸向動(dòng)力分析 67
3.3 平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)下深水鉆井隔水管柱參數(shù)激勵(lì)穩(wěn)定性 67
3.3.1 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(tái)運(yùn)動(dòng)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(lì)有限元分析 70
3.3.4 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)下深水鉆井隔水管系統(tǒng)參數(shù)激勵(lì)動(dòng)力學(xué)分析 73
3.4 隔水管緊急脫離與反沖動(dòng)力學(xué)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(xué)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(yīng)分析 81
第4章 深水隔水管柱渦激響應(yīng)分析及控制 99
4.1 隔水管VIV數(shù)值模擬 99
4.1.1 流體動(dòng)力學(xué)控制方程 99
4.1.2 圓柱體的振動(dòng)控制方程 100
4.1.3 流固耦合運(yùn)動(dòng)模擬 101
4.1.4 無量綱系數(shù) 101
4.1.5 計(jì)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(tái)風(fēng)環(huán)境下隔水管安全分析 130
5.1.1 臺(tái)風(fēng)對(duì)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(tái)撤離策略研究 138
5.2.1 避臺(tái)策略討論 138
5.2.2 避臺(tái)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(xué)模型 144
5.3.2 內(nèi)波作用下隔水管系統(tǒng)作業(yè)安全評(píng)估 145
5.3.3 內(nèi)波下的隔水管系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性 149
第6章 深水隔水管系統(tǒng)(作業(yè))工程設(shè)計(jì)及應(yīng)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(yīng)用實(shí)例分析 161
6.4.1 隔水管系統(tǒng)配置 161
6.4.2 張緊力計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 174
6.5.4 深水鉆井隔水管系統(tǒng)作業(yè)指導(dǎo) 176
參考文獻(xiàn) 180