导向架隔水管在波流联合作用下的非线性动力响应

考虑了波流联合作用下固定式钻井装置隔水管与导向架之间的间隙接触条件,讨论了非线性边界条件下瞬态动力学问题的求解方法.应用有限元法,将隔水管简化为海底泥面线下3 m处固支、下层平台简支、中间不同高度的横向振动被导向架限制的梁模型,采用ANSYS软件,利用其combination40单元来模拟隔水管与导向架之间的间隙接触条件,实例计算了百年重现期环境载荷下隔水管的动力响应,得到了典型节点的位移时间历程和典型单元的等效应力时间历程,成功实现了隔水管的强度校核.该计算结果为带导向架隔水管的设计与分析提供了参考.     

油气储层开发程度对地质力学的影响规律

为研究油气储层注采不平衡引起的孔隙压力变化对地质力学造成的影响,通过建立含密闭断层的多孔介质弹性储层地质力学模型,分析正应力与剪应力的相关关系,研究了储层压力变化对断层附近水平地应力场的影响规律。结果表明:孔隙压力变化使得密闭断层附近产生剪应力,并造成储层地应力场大小和方向均发生变化,受剪应力出现的影响,地应力大小发生更大程度的线性降低;地应力方向也可能发生偏转,偏转角度是孔隙压力变化、断层夹角、岩石泊松比的函数;在考虑脱水作用与顶板效应后,储层压力变化对上覆盖层的地应力也会造成一定范围的影响,以渤海岐口18-1油田为例,评估了储层压力衰竭对盖层地应力场的影响范围不超过20 m。     

深水钻井隔水管的准静态非线性分析

对深水钻井隔水管进行准静态分析时,需搜索波浪的最大相位角以寻找最大波流合力,提出了搜索波浪最大相位角的最大Mises应力准则.开发了隔水管准静态分析系统,系统以C Builder为开发环境,后台调用ABAQUS进行计算,调用面向对象Python程序访问数据库,提取计算结果,实现了波浪最大相位角的自动搜索和深水钻井隔水管的准静态非线性分析.应用实例验证了该分析系统的有效性.结果表明,波浪相位角为180°时隔水管准静态响应最大,其次为波浪相位角90°,2700°,0°,隔水管静态响应介于波浪相位角为90°与270°的准静态响应之间.     

基于台风验证载荷的平台时变可靠性分析与更新

采用泊松过程对台风载荷进行描述,结合抗力衰减函数建立平台时变可靠性分析模型,确定基于验证载荷的平台抗力后验分布函数,从而实现平台可靠性更新;根据台风作用后平台状态与台风载荷分布函数确定验证载荷概率模型。以我国南海东北区块一海洋平台为研究对象,对平台的时变可靠性进行分析与更新,考察平台损伤极限承载能力比CQ与验证时间对可靠性更新效果的影响。结果表明:台风验证载荷能够对结构冗余度较低的海洋平台时变可靠性更新起到明显效果,且反映平台结构冗余度的CQ值越大更新效果越明显;验证载荷出现时间越晚,在初期的更新效果越明显,这个时间大约持续5 a,随后不同时刻验证载荷的更新效果趋于相同。     

动力定位钻井作业装置漂移分析

当动力定位钻井作业装置突然失去动力时,会发生漂移事件,故需要借助分析来确定漂移的极限点,以便平台在漂移到极限位置之前能够采取有效措施来解脱隔水管.本文基于有限元方法建立动力定位钻井装置漂移分析模型,分析得出钻井装置漂移时隔水管系统的受力状态,进一步得到紧急解脱程序的启动和准备所许可的漂移时间和漂移距离.最后以我国南海某...     

深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析

确定深水钻井隔水管时域随机动态分析和疲劳计算方法,采用第三代波浪模式WAVEWATCH计算中国南海波浪谱,并与相应的P-M谱、JONSWAP谱进行比较;开展不同边界条件下的隔水管波激疲劳分析,研究边界条件对隔水管波激疲劳寿命的影响;计算不同边界条件下隔水管疲劳损伤变异系数与分析时长的关系,确定不同边界条件下隔水管波激疲劳分析的最低时长;最后以中国南海某油井为例计算隔水管时域随机波激疲劳寿命。结果表明:南海海域波浪谱的谱峰值和谱形状都与JONSWAP谱较接近,建议选用JONSWAP谱;边界条件对隔水管波激疲劳寿命影响较大,疲劳分析时应考虑钻井船的慢漂运动;随着分析时长的增大,隔水管疲劳损伤变异系数呈指数式减小,考虑钻井船的慢漂运动后大大增加了分析时长。     

深水钻井隔水管单根基本参数确定方法

提出利用各种力学准则确定深水钻井隔水管单根基本参数的方法,包括单根主管与辅助管线参数、浮力块参数、隔水管接头参数等。结果表明:确定隔水管单根主管基本尺寸主要有环向应力准则、轴向应力准则和挤毁压力准则,根据环向应力准则得到的结果最保守;确定辅助管线参数主要依据等效应力准则;确定浮力块参数主要是合理确定浮力块的外径和密度;隔水管接头等级确定要依据规范考虑不同载荷工况进行选型设计。外径0.5334 m,内径0.48895 m的隔水管可应用于1.830 km深的水域,且隔水管系统中无须配置填充阀,辅助管线设计合理,浮力块选用3种密度可满足工作水深的需要,选配E级隔水管接头可满足使用要求。     

基于模糊贝叶斯理论更新概率可靠性模型

贝叶斯理论是基于无损检测结果对海洋工程结构可靠性进行更新研究的有力工具。针对传统贝叶斯理论无法有效地处理海洋结构无损检测中存在的大量模糊不确定性问题 ,根据模糊集合论的基本原理 ,在海洋结构可靠性概率模型更新研究中引入了模糊贝叶斯理论和模糊综合评判方法 ,对模型不确定性和检测结果中的模糊不确定性进行了定量评估。对基于检测结果的更新可靠性模型的参数分布和模型权值进行了探讨 ,并采用模糊综合评判方法确定了模型权值的先验概率。算例结果表明 ,此方法是可行的 ,检测结果的模糊性对可靠性概率模型更新具有重要影响 ,考虑模糊不确定性可以得到更为合理的结果。对于参数的概率密度函数而言 ,考虑多个模型和只考虑一个模型可得到相同的结果 ,但参数的不确定性对模型权值的更新有一定的影响。在工程实际应用中 ,对于有关海洋工程结构经检测和维修后的可靠性更新问题 ,应该考虑模糊不确定性的影响     

基于涡激抑制的隔水管浮力块分布方案优化

浮力块是深水钻井隔水管系统的重要组成部分,其主要作用是降低隔水管湿重,以减少对钻机的张力需求.涡激振动(VIV)是引起隔水管屈服失效与疲劳失效的主要因素,也是隔水管设计过程中需要考虑的主要问题.基于SHEAR7程序对隔水管系统进行VIV分析,通过研究不同浮力块分布形式对隔水管系统涡激振动疲劳特性的影响,对浮力块分布方案进行优化.从抑制VIV疲劳损伤角度出发,对隔水管系统配置浮力块时,应尽量促使系统响应频率由浮力块与隔水管共同控制,以避免发生涡激共振.还可在避开高流速区域的前提下,促使系统激励频率由浮力块控制,这样既避免来流通过浮力块为系统输入较多的能量,同时又能降低系统的响应模态阶次.     

深水钻井隔水管与井口技术研究进展

钻井隔水管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。系统开展了面向南海的深水钻井隔水管与井口技术研究,建立其力学分析方法,形成一套深水钻井隔水管与井口系统钻前设计与作业技术体系;提出隔水管与井口系统的波激疲劳、涡激疲劳、磨损以及隔水管接头完整性评估方法,并进一步完善深水钻井隔水管与井口完整性管理方案;建立深水钻井隔水管关键装备与作业风险评价框架,探索台风环境下的隔水管系统安全保障的关键技术;在此基础上开发深水钻井隔水管作业管理软件,承担中国南海6口自营深水井的隔水管与井口系统钻前设计与作业技术研究工作,成功将科研成果应用到深水钻井实践中,并取得良好的应用效果。笔者对这些进展进行总结和回顾,并对今后的研究方向进行展望。