【摘 要】
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浮式钻井生产储卸油船(Floating Drilling Production Storage& Offloading,简称FDPSO)代表了一种未来近海油气开采的新技术。立管穿过船体中央月池,且安装于海底井口和张力腿甲
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浮式钻井生产储卸油船(Floating Drilling Production Storage& Offloading,简称FDPSO)代表了一种未来近海油气开采的新技术。立管穿过船体中央月池,且安装于海底井口和张力腿甲板(Tension Leg Deck,简称TLD)之间,是FDPSO的一个重要组成部分。TLD是由SBM公司研发出的一种干式采油树,它的工作原理是利用外部重物(配重)代替部分浮力块为立管提供一定的预张力。开采油气作业时,TLD会对立管产生轴向、变化的张紧力,在这里把它看作一个参数激励施加在立管顶部。当立管被应用到更深的海洋环境中时,立管受到相当大的波激激励(WIV)和涡激激励(VIV),这会影响到立管在恶劣环境下工作寿命。此外,在随机波浪力作用下立管内部流体会对立管横向变形和应力产生一定的影响。为了研究这种影响,将立管设置为欧拉伯努利梁,且对波浪力线性化处理,就能得到一个关于立管横向变形的偏微分方程。接着基于变分原理并结合Galerkin方法,将方程化解为一个可以在时域内求解的常微分动力学方程。 本文运用Floquet方法研究了多参数激励下考虑内流的FDPSO-TLD立管稳定性,且用时域方法研究波浪激励下考虑内流FDPSO-TLD立管的参激振动响应。首先,建立立管的运动方程并确定立管的随机响应;然后研究立管的变轴向张力、内流流速度等因素作用下的稳定性和在多参激激励下的耦合以及两端铰支立管的位移、应力等响应。计算结果表明:考虑内流立管的稳定性更好,而响应方面考虑内流影响的立管明显比无内流时的变形和应力较小;也就是说考虑内流的计算更精确,能够更有效的减小TLD平台的负担,且降低深海油气开发的成本。
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