悬挂隔水管系统力学特性分析

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wsttkl
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隔水管在下放安装或者遭遇恶劣环境中断作业时,需要将LMRP(底部总成)与BOP(井口防喷器)断开,使隔水管系统处于悬挂状态。隔水管的悬挂状态有起下、悬挂和紧急撤离三种。在隔水管悬挂过程中,除了受自身重力以及浮力块提供的浮力之外,还承受着复杂波浪海流作用、隔水管上部钻井船运动所带来的动态载荷等。随着作业水深的逐渐增大,隔水管所受环境荷载更加复杂剧烈,悬挂作业的隔水管可能会发生强度破坏,挠性接头的扭转破坏,月池碰撞等严重事故,在避台撤离过程中还存在触底的可能。本文采用有限元计算软件ABAQUS建立自LMRP至上部伸缩节外筒的软、硬悬挂隔水管模型。根据给定钻井船RAO,在MATLAB中设计计算了船体在不同航速以及波浪海流参数下的六个自由度方向的时域运动响应,作为动边界施加悬挂隔水管上部。硬悬挂模型下船体运动直接通过上部挠性接头传递给隔水管,软悬挂则通过非线性弹簧模拟的张紧器传递给下部立管。研究分析了非台风期的硬悬挂模式以及十年一遇台风期软、硬悬挂模式避台撤离过程中的动力特性。利用流体分析软件Fluent建立隔水管二维尺缩模型,计算分析固定立管、双向流固耦合作用下的悬挂隔水管绕流特性。依据ABAQUS分别建立刚性土体支撑与弹性土体支撑的隔水管触底模型,对比两种土体支撑的影响,建立不同触底水深下的隔水管模型,分析触底隔水管系统结构破坏极限。分析表明,硬悬挂模式下,隔水管悬挂长度越长,最大有效张力越大,即隔水管越接近危险状态;与硬悬挂相比,软悬挂有效减小了悬挂荷载的峰值、避免了立管中的动态压缩、减小了立管的运动、减小了立管中应力的变化,所以软悬挂是一种更加安全的悬挂模式;在研究雷诺数区间内,固定立管升阻力系数的变化趋势都为先增大后减小,立管受到沿横流向对称变化的力,通过升阻力系数的频谱分析可知,阻力系数的振动频率大致为升力系数的两倍;受流体力耦合作用下刚性立管的运动轨迹呈现对称的“8”字形状,且横流向的运动幅值大于顺流向的运动幅值;三种抑振装置对立管横流向升力的抑制效果都优于对顺流向阻力的抑制效果,其中减振器对流体力的抑制效果最好;触底使隔水管处于一个极其容易发生结构破坏的状态,通常触底后隔水管上下挠性接头会迅速发生结构损坏,随着触底深度的变浅,隔水管的应力峰值也会很快超过屈服极限。
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