土壤模型对水下井口系统疲劳损伤影响研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanglyyou66
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水下井口疲劳评估是深水水下井口系统设计和完整性保证的重要方面。水下井口疲劳损伤是井口系统在循环载荷作用下应力变化而引起的。应力变化的大小和由此产生的损伤在很大程度上取决于沿导管的土壤反应,所以土壤响应模型在水下井口疲劳分析中占有重要地位。本文依托十三五国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”子课题“深水隔水管-水下井口全寿命完整性技术及工程应用”,采用理论分析和数值模拟的方法开展管土相互作用及深水水下井口疲劳损伤评估研究,在土壤模型建模方法、水下井口系统精细建模方法、管土相互作用机理、水下井口疲劳计算方法以及土壤模型对水下井口疲劳损伤影响等方面取得了较多进展,相关结论可为我国南海钻井作业安全提供参考,主要的研究进展总结如下:(1)研究土壤模型的等效方法,分析各种土壤类型以及强度特性,借助桩基理论及土力学基本理论,针对深水导管喷射钻井的特点,采用数值解析法分别建立API和Zakeri两种土壤模型的计算方法,并基于MATLAB软件编制土壤模型计算程序,分析对比API土壤模型和Zakeri土壤模型的差异。(2)开展管土相互作用机理研究,建立导管和土壤的三维实体有限元模型,进行导管轴向和横向承载能力分析,确定导管轴向承载力和管身弯矩、应力分布规律。同时进行导管变形对导管周围土壤位移和抗力的影响规律分析并建立p-y曲线。分析导管出泥高度、导管外径和壁厚、井口作用力、水泥环返高对管土相互作用的影响。(3)研究水下井口系统疲劳寿命的计算方法以及计算流程,分析不同土壤模型对水下井口系统疲劳损伤的影响。通过建立水下井口系统局部精细化有限元模型,研究等效梁模型的计算方法,通过模型的静力学和动力学分析,与水下井口有限元模型进行对比验证等效梁模型的正确性。研究水下井口疲劳损伤的计算方法,建立隔水管系统与等效梁模型耦合的整体模型,进行水下井口疲劳损伤评估。(4)提出利用监测数据进行水下井口系统疲劳损伤计算方法及流程,在水下井口系统的局部分析以及整体动态分析的基础上,建立BOPs运动与水下井口系统疲劳热点应力之间传递函数的计算方法,并分析土壤模型对传递函数的影响。
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