深海采矿水力提升管多场多尺度耦合非线性振动特性

针对深海水力采矿提升硬管流致振动失效问题,采用有限元法、Hamilton变分和虚功原理,建立了多场多尺度耦合作用下深海水力采矿提升硬管非线性振动模型,采用尾流振子模型模拟外部流体对大长径比提升硬管的非线性流体力,考虑了自身纵-横向耦合效应、外部海洋涡激效应以及内流流致振动效应。通过理论计算结果与模拟试验测量数据对比,验证了模型的有效性。研究表明,提升硬管在考虑纵横向耦合、涡激振动和大变形等非线性因素下,提升硬管的振动具有高度非线性特征。随着中间仓质量的增加,提升硬管的顺流向偏移量和均方根应力减小,横流向振动频带分布更广,其顶端受到的轴力更大。小周期、大幅值的波浪对提升硬管的振动、应力和顶端轴力影响颇为明显。

软悬挂撤离工况深水隔水管动力学特性分析

针对软悬挂紧急撤离工况下深水隔水管振动失效问题,采用有限元法并结合哈密顿变分和虚功原理,建立了软悬挂钻井隔水管三维非线性动力学模型,考虑了纵横向耦合效应、海洋涡激效应以及隔水管的大变形等非线性因素。借助文献试验参数和结果验证了非线性动力学模型的有效性。采用HYSY981钻井平台隔水管现场参数,探究了浮力块布置和台风重现期对紧急撤离工况下软悬挂隔水管非线性振动响应特性的影响规律。研究结果表明:合理布置浮力块可以减小应力和动态轴力,最优浮力块的布置方法可由所建立的理论模型确定;在高流速区中,隔水管的浮力块布置应该减少,且隔水管的最大应力和位移出现在靠近顶部或者底部区域,现场需重点关注此位置处隔水管的安全性;隔水管顺流向位移随着台风重现期的延长而增大,且靠近上端部分的位移变化较大,在撤离过程中应注意避免隔水管上端与月池碰撞。研究结果可为了解撤离工况下软悬挂隔水管振动响应特性提供参考。