深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲控制研究

基本信息
批准号:51809279
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘秀全
学科分类:
依托单位:中国石油大学(华东)
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘康,刘延鑫,张慎颜,聂振宇,刘福来,王向磊
关键词:
隔水管反冲深水动力响应多体动力学
结项摘要

The recoil failure of deepwater drilling riser multibody system has become one of the main challenges for petroleum exploration and development in the South China Sea. The essential reason for the riser recoil failure is the insufficient understanding of multibody dynamic characteristics and recoil control mechanism of deepwater riser, tensioner, telescopic joint and platform system. Conventionally, structural dynamics method is used for riser dynamic analysis. However, the internal mechanisms such as the transmission of motion and load among components of multibody system cannot be analyzed based on structural dynamics method. So in this project, dynamic characteristics and recoil control of deepwater drilling riser system are studied based on multibody dynamics theory. The relevant mechanism, theory and method of the multibody dynamics and recoil control of deepwater drilling riser system are explored in depth. The theory model, analysis and experimental methods of deepwater drilling riser multibody system are established. The multibody dynamic analysis software of deepwater drilling riser system is developed. The multibody dynamic characteristics of deepwater drilling riser system are revealed. The above research work can promote the development from structural dynamics to multibody dynamics of deewater drilling riser system. On this basis the control mechanism of riser recoil dynamics is established. The recoil control method and strategy for deepwater drilling riser multibody system are also proposed. The research results will bring an effective solution to the recoil failure problem of riser multibody system in the South China Sea, which is expected to benefit both academic research and engineering application.

深水钻井隔水管多体系统反冲失效是我国南海深水油气勘探开发的主要挑战之一,其本质原因是对深水钻井隔水管-张紧器-伸缩节-平台多体系统动力学特性及反冲控制机制的认识不足。传统结构动力学方法无法考虑深水钻井隔水管多体系统构件间运动和载荷的传播及演变等内在机制,本项目引入多体动力学理论,开展深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲控制研究。深入探索深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲控制涉及的机理、理论和方法,建立深水钻井隔水管多体系统动力学理论模型、数值仿真和实验方法,开发深水钻井隔水管多体系统动力学数值仿真软件系统,揭示深水钻井隔水管多体系统动力学特性,促进隔水管系统结构动力学至多体动力学的发展;在此基础上建立隔水管多体系统反冲动力学控制机制,提出深水钻井隔水管多体系统反冲控制方法及策略,为解决我国南海深水钻井隔水管多体系统反冲失效问题提供一种行之有效的方法,具有良好的学术价值和工程应用前景。

项目摘要

深水钻井隔水管多体系统反冲失效是我国南海深水油气勘探开发的主要挑战之一,其本质原因是对深水钻井隔水管-张紧器-伸缩节-平台多体系统动力学特性及反冲控制机制的认识不足。本项目引入多体动力学理论,开展深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲控制研究,主要包括深水钻井隔水管多体系统动力学模型研究、深水钻井隔水管多体系统动力学仿真与实验研究、深水钻井隔水管多体系统反冲控制研究,通过研究取得重要结果和结论如下:.建立了深水钻井隔水管多体系统动力学理论模型,采用MATLAB开发深水钻井隔水管多体系统动力学数值仿真系统,搭建了深水钻井隔水管多体系统动力学实验装置,深入揭示了连接工况和悬挂工况下的深水钻井隔水管多体系统动力学特性,结果表明:张紧器对隔水管系统变形具有抑制效应,与平台纵荡和横荡引起的隔水管系统应力响应相比,平台升沉、横摇和纵摇引起的隔水管系统应力响应幅值较小,但不可忽略;隔水管多体系统复杂结构轴向水动力载荷增大了隔水管的截面应力及相位差,增加了隔水管断裂风险与疲劳失效风险。.提出了3D CFD钻井液下泄模型与修正的mSFM钻井液下泄模型,建立了深水钻井隔水管系统反冲动力学模型,揭示深水钻井隔水管系统反冲动力学特性,并基于最优控制理论和模糊控制理论提出深水钻井隔水管多体系统反冲控制方法及策略,结果表明:隔水管与钻井液的耦合效应加剧下泄摩擦力振荡,并抑制反冲位移;油气张紧器的非线性对反冲有显著影响,张紧器内摩擦和压力损失均增大顶张力的非线性和幅值;设计的控制器可有效控制深水钻井隔水管系统反冲动力响应。.本项目的相关研究成果可促进深水钻井隔水管多体系统动力学及反冲动力学控制方向的发展,丰富海洋工程学科内容,为我国南海深水钻井隔水管多体系统设计、分析与安全作业提供科学依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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