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随着我国海洋石油向深水海域的发展,由于深水的海况条件更加恶劣,对海上钻井工程和施工也提出了更高的挑战,对隔水管的强度和稳定性提出更高的要求。由于目前我国在深水海域的钻探井数量比较少,深水钻井经验也比较欠缺,所以开展隔水管动力特性分析研究十分必要,通过本项研究能够为深水隔水管优化提供理论依据,来更好地为海上工程施工提供科学依据和安全保障,进一步减少盲目性和复杂事故的发生。
本文系统调研了国内外海洋深水钻井的现状和技术水平,尤其对隔水管系统的技术现状和对存在的问题进行了分析和研究。
本文对海洋深水钻井的环境载荷,主要包括海流力、波浪力进行了分析和研究,为在分析隔水管的变形和强度时,确定外界环境载荷提供了依据和基础。
本文利用描述隔水管运动的四阶非线性偏微分方程,应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析,分析主要包括隔水管的横向变形、弯曲载荷、应力等。并且考虑了顶张力和浮力块以及其他因素对隔水管的影响,并编制了相应的计算软件。本文所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点,能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导,具有很好的应用价值。
本文还考虑了涡激效应对隔水管的强度和寿命的影响。将隔水管简化为两端简支的梁模型,采用多项伽辽金法,计算了波一流联合作用下隔水管的非线性涡激振动响应以及疲劳寿命,提供了计算钻井隔水管涡激振动及其疲劳寿命的方法。