【摘 要】
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在深水钻井作业中,为避免可能出现的涡激振动损伤、自重作用下的失稳和过度的侧向变形,钻井隔水管需要在顶部张力器的作用下始终保持拉紧状态,而顶张力的大小成为影响隔水管安全的重要参量。当钻井平台遭遇恶劣海况或难以排除的定位设备故障时,需要中断钻井作业,紧急解开隔水管底部总成与防喷器的连接。此时储存在隔水管中的巨大势能被瞬间释放,隔水管会向上反冲,严重威胁隔水管的安全。针对解脱后不同情况下隔水管的纵向振动
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在深水钻井作业中,为避免可能出现的涡激振动损伤、自重作用下的失稳和过度的侧向变形,钻井隔水管需要在顶部张力器的作用下始终保持拉紧状态,而顶张力的大小成为影响隔水管安全的重要参量。当钻井平台遭遇恶劣海况或难以排除的定位设备故障时,需要中断钻井作业,紧急解开隔水管底部总成与防喷器的连接。此时储存在隔水管中的巨大势能被瞬间释放,隔水管会向上反冲,严重威胁隔水管的安全。针对解脱后不同情况下隔水管的纵向振动响应方程,本文首先使用分离变量法求得了解脱时隔水管的纵向振动响应微分方程;在此基础上,得到了隔水管和张紧器联合作用下隔水管的纵向振动响应微分方程;考虑平台惯性载荷的影响,求得了隔水管和平台惯性载荷耦合作用下的隔水管纵向振动响应微分方程;提出了更精确的隔水管底部有效轴向力边界条件,得到了考虑轴向力和平台惯性载荷共同影响下的隔水管纵向振动响应微分方程;结合撤离航行时隔水管硬悬挂特点,求解出了隔水管硬悬挂时的纵向振动响应微分方程,更细致地描述了应急解脱和硬悬挂撤离时隔水管的纵向振动响应。应用OrcaFlex软件,结合南海作业某深水钻井平台的实际状态,建立了隔水管应急解脱及反冲响应分析模型,详细探讨了隔水管张力、平台升沉运动及解脱时刻选择对于隔水管反冲的影响。结果表明,解脱前张力的合理设置对隔水管的安全解脱至关重要,张力设置过小可能导致解脱失败,而张力设置过大,反冲响应可能对张紧器造成损害。此外,在平台升沉幅值较小时段,波峰时解脱隔水管更为有利。最后,建立了钻井平台-隔水管系统的耦合分析模型,并结合南海某井位的实际环境条件,对比研究了硬悬挂撤离模式下,波高、风向、风速、航速对于隔水管安全的影响。结果表明,相较于悬挂点的最大等效应力,隔水管的安全性对隔水管与万向节之间的角位移变化更加敏感。
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