【摘 要】
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海洋钻井工程中振动问题对隔水管和钻柱的影响很大,常呈现多种振动形式相互耦合而表现出复杂的非线性,结果加速了钻具的失效,影响整个钻井工程。因此,开展隔水管和钻柱系统的动力
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海洋钻井工程中振动问题对隔水管和钻柱的影响很大,常呈现多种振动形式相互耦合而表现出复杂的非线性,结果加速了钻具的失效,影响整个钻井工程。因此,开展隔水管和钻柱系统的动力学分析具有重要的实际意义。 本文采用理论研究和数值模拟相结合的方法,研究海底泥线以上隔水管内钻柱的扭转振动特性,分别研究隔水管横向振动和钻柱扭转振动规律,最后研究两种运动的耦合效应。首先,采用有限差分法研究了任意连续横向载荷作用下隔水管静力学特性,分析了柔度系数、张:匀比、钻井船偏移等因素对隔水管位移及应力状态的影响。结果发现柔度系数增大,隔水管的曲率接近张拉索的程度越来越大,越来越表现为柔性。然后,采用有限单元法研究了隔水管的动力学特性,在波流作用下,分别研究了阻尼、张力比等对其动力学特性的影响,发现张力比的影响相比阻尼的影响更大。再次,对钻柱扭转振动采用了理论分析和有限单元法分析,得到了扭转角位移、各阶频率、各阶周期及扭矩的表达式,并表明周期与钻柱长度成正比。最后,采用有限单元法考虑了隔水管横向振动和钻柱扭转振动的耦合,发现非线性对扭转振动影响很小,但对横向振动影响较大。
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