从19世纪60年代开始,油气资源的开采转向了海洋领域,我国拥有近200座桩基固定式平台,到2020年约46%的平台将退役,对于拆除退役的海洋平台海底的构筑物必须切割至泥线4米以下,目前应用于水下套管的切割技术普遍存在投资高、效率低、维护费用高等缺点,而水下电弧切割所具有的效率高、设备简单、费用低等优点恰好弥补了现有切割技术的不足,由此可见发展废弃平台套管电弧切割技术具有重要的工程应用价值和理论意义。(1)根据水下套管电弧切割的技术要求,研制了一套适用于海洋套管水下电弧切割的模拟系统,可以模拟海洋平台水下套管的电弧切割过程,主要包括提升机构、旋转机构、扶正机构和电极送进机构,并采用编程语言VB6.0设计了人机交互界面,利用研制的电弧切割系统在实验室进行了套管切割模拟实验,达到了预期的目标。(2)设计了同轴式永磁联轴器和圆盘式永磁联轴器两种永磁联轴器,通过水下试验确定同轴式永磁联轴器作为水下电机的密封方式,基于ANSYS分析软件对永磁联轴器中的隔离罩进行有限元分析,通过形变分析得出了在不同水深处最优的隔离罩厚度,并对不同水深最佳厚度的隔离罩进行力分析,确保各最优隔离罩可以满足不同水深压力的要求。(3)分析研究了电弧切割的物理原理,根据水下切割的具体工况研究选取了电弧的电源类型、电极类型、引弧方式和切割方式,对水下套管切割过程进行了有限元分析,使用ANSYS建立了高斯平面分布热源、半椭球体分布热源和双半椭球体分布热源的热源模型,分别模拟了电弧引弧、打孔和切割的过程,得到了电极的最佳直径、电弧引弧和切割过程中最佳的运行方式。(4)提出电极利用率的概念,即单位长度电极所能切割的套管长度,综合电极利用率和引弧性能两个方面选择电极最优材料,研制了电弧套管切割正交试验,对正交试验的试验结果分别进行了直观分析、方差分析和逐步回归分析,研究了电流、电压和介质浓度对电极利用率的影响,找出了水下切割工艺的最佳参数组合,并试验验证了该最佳参数组合。