平台运动下悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性试验研究

悬垂立管因其经济性被广泛应用在深海油气开发中。悬垂立管在顶端平台运动作用下,会不断产生横流向以及顺流向动力响应,循环累积造成疲劳损伤。为了研究悬垂立管在平台运动作用下的疲劳损伤特性,开展了大尺度悬垂立管模型试验。采用小波分析、模态分析、雨流计数法等方法处理分析试验数据。分析平台运动下无内流作用下大尺度悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性,发现横流向弯曲应变结果较为复杂,局部呈现行波特性,主导频率具有时变性。相比之下,顺流向弯曲应变结果比较有规律性,整体呈现行波特性,主导频率不具有时变性,并始终保持与顶端平台运动频率相同。平台运动引发的悬垂立管涡激振动疲劳损伤和KC数有关。各点面内疲劳损伤值延管长分布趋势和面内应变RMS延管长分布趋势相似。横流向(CF方向)的疲劳损伤的数量级为顺流向(IL方向)的10-2倍左右。

平台运动与管内流动联合作用下悬垂立管动力响应特性研究

悬垂立管因其经济性被广泛应用在深海油气开发中。悬垂立管在顶端平台运动和内流共同作用下,在顺流向(IL向)会产生动力响应,并与周围流体间形成相对振荡来流。这种相对振荡来流极有可能诱发悬垂立管产生横流向(CF向)的涡激振动(Vortex-induced Vibration,VIV)。为了研究悬垂立管在平台运动和内流联合作用下悬垂立管涡激振动响应特性,开展了悬垂立管模型试验。通过试验和数值模拟的方法,分析了IL向应变、流速、KC数、泻涡频率等分布规律。结果表明:大管径悬垂立管在振荡流场和内流共同作用下,可以产生涡激振动。该试验内流速度区间下,内流作用对于悬垂立管固有频率,KC数和泻涡频率幅值分布,以及涡激振动影响不大。顶部平台运动诱发的涡激振动具有不稳定性。

悬垂立管波致疲劳与流致涡激振动疲劳特性研究

悬垂立管是应用在养殖工船以及温差能发电平台上的一种特殊立管形式,其一端与平台连接,另一端完全自由,在风浪流以及平台运动的影响下易因疲劳损伤而破坏。对一根安装于可移动式养殖工船的悬垂取水管进行浪致动力响应时域求解与涡激振动频域预报,基于Miner线性疲劳累计损伤理论计算考虑全年浪流分布概率的立管波致疲劳与涡激振动疲劳损伤情况。研究发现:考虑浪流分布概率后,悬垂立管波致疲劳总损伤主要分布在立管近平台端,顺浪流方向上更为严重,而涡激振动疲劳总损伤主要分布在立管近自由端,横流方向更为严重;海浪谱的有义波高与特征周期分别主要影响波致疲劳损伤的积累速度与沿管长分布特点;单一工况下,悬垂立管截面上涡激振动疲劳损伤最大位置并非总出现在横流方向,需根据具体工况计算分析;从总疲劳损伤角度分析,波致疲劳与涡激振动疲劳所导致的结构损伤在同一数量级。

针对立管重入井过程中等路径段加速度的改进型蚁群优化算法

在自由悬垂立管动力学分析的基础上,提出了一种针对等路径段内的加速度进行优化的改进型蚁群算法.通过该算法得出的立管顶端的优化运动策略,可以有效地减小立管底端在平移结束时同海底井口的距离,同时缩短重入井作业需要的时间,使得钻井立管重入井作业更加便捷.通过对比在优化后的运动策略下和在普通的运动策略下自由悬垂立管的不同动力学响应和型态变化,说明针对等路径段加速度进行优化的蚁群优化算法可以有效地优化立管重入井过程中的立管型态和运动,使重入井作业更加便捷.