变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型及其解法

厉曈曈; 梁伟; 安晨; 段梦兰

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石油科学通报 ›› 2017, Vol. 2 ›› Issue (4) : 507-518.

石油机械

变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型及其解法

厉曈曈，梁伟，安晨，段梦兰

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A fluid-structure interaction model of variable cross-section deepwater drilling risers and its solution

LI Tongtong,LIANG Wei,AN Chen,DUAN Menglan

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摘要

现有深水隔水管涡激振动模型都以等截面圆柱体为假设推导得出,但是实际隔水管系统的截面随着水深而变化,因此只有建立隔水管系统水深方向截面变化的涡激振动模型,才能更加准确地反映隔水管系统的动力特性.本文将涡激振动模型与尾流振子非线性模型结合,建立了变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型,并提出一种快速、精确的基于广义积分变换法(GITT)的任意变截面钻井隔水管系统动力学行为的半解析预测方法.文中以3000 m超深水隔水管系统为例,验证了新建立模型以及解法的正确性和有效性,对不同海流速度下的变截面深水钻井隔水管进行时域分析和频域分析.当隔水管系统随水深方向的截面发生变化时,会造成系统在响应幅值、振动频率以及锁频区域等方面的明显差异.本文研究结果对正确认识和预测深水隔水管系统动力特性,指导超深水钻井隔水管系统结构设计,确保深水钻井的安全操作都具有重要的意义.

关键词

变截面 / 隔水管 / 涡激振动 / 积分变换 / 流固耦合

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厉曈曈;梁伟;安晨;段梦兰. 变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型及其解法[J]. 石油科学通报. 2017, 2(4): 507-518

LI Tongtong;LIANG Wei;AN Chen;DUAN Menglan. A fluid-structure interaction model of variable cross-section deepwater drilling risers and its solution[J]. Petroleum Science Bulletin. 2017, 2(4): 507-518