大长细比柔性杆件涡激振动实验

涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)是导致深海细长柔性立管发生疲劳破坏的重要因素。采用实验观测手段研究了长细比为1 750的柔性立管多模态涡激振动特性。实验中,通过采用拖车拖拉立管模型在水池中匀速行进来模拟均匀流作用下的涡激振动响应。利用光纤光栅传感器测量立管模型在横流向(cross-flow,CF)和顺流向(in-line,IL)的应变,进而通过模态分解的方法,获得立管模型涡激振动的位移。在此基础上,研究了CF以及IL方向的响应频率、位移标准差的平均值和最大值等随流速的变化规律,并分析了立管模型上测点的运动轨迹及其影响因素。

细长立管两向自由度涡激振动数值研究

采用ANSYS-CFX软件对细长立管的两向自由度涡激振动进行了数值模拟,分析了小变形(A/D=0.07)和大变形(A/D=1)两种条件下的立管涡激振动特性。在小变形条件下,锁定区的顺流向振动和横向振动的幅值比小于非锁定区;在非锁定区,顺流向振动频率是横向振动频率的两倍,而在锁定区两者振动频率相同,等于升力频率。在大变形条件下,锁定区的顺流向振动和横向振动的幅值比明显大于非锁定区;不论在锁定区还是非锁定区,都满足顺流向振动频率是横向振动频率的两倍关系,顺流向振动频率等于拖曳力频率,横向振动频率等于升力频率。

基于光纤光栅传感器的细长柔性立管涡激振动响应实验

涡激振动是导致深海柔性立管发生疲劳破坏的重要因素。利用光纤光栅传感器进行了细长柔性立管涡激振动响应实验,并结合部分实验结果对应变信号的时间变化、应变频谱、位移时间历程及位移均方根的空间分布进行了分析,得出了细长柔性立管模型在均匀流作用下的一些重要涡激振动响应特性,可为今后进一步的研究工作提供参考。

深水钻井隔水管的波致长期疲劳

作为动力疲劳敏感结构,深水钻井隔水管的长期疲劳性能是重要的设计考虑。提出一种深水钻井隔水管波致长期疲劳计算方法,用以计算一阶波浪载荷和波频浮船运动以及二阶低频浮船运动引起的长期疲劳。采用该方法,根据波浪散布图定义的短期疲劳工况,基于双参数P-M(Pierson-Moskowitz)波浪谱与钻井船响应幅值算子模拟随机波浪与随机钻井船运动,然后进行随机波浪载荷与钻井船运动作用下隔水管非线性动力分析。在得到隔水管响应时间历程的基础上,考虑波浪散点图中所有短期工况的概率,自行开发专用程序计算隔水管波致长期疲劳损伤。算例实现南海海域1 500 m长钻井隔水管的波致长期疲劳分析。重点研究钻井船运动、顶部张紧力和壁厚对隔水管疲劳的影响。文中提出的隔水管波致长期疲劳计算方法简单实用,可用于工程实际。

深海细长柔性立管涡激振动数值分析方法研究进展

深海细长柔性立管的涡激振动与刚性圆柱的涡激振动问题相比,既有联系又有区别.当立管的长细比(L/D)较大时,会展现出一些刚性圆柱涡激振动没有的现象.本文介绍了近几十年来深海开发的细长柔性立管涡激振动的研究进展,主要侧重于数值计算分析研究领域,对目前常用的数值分析方法进行了归纳和总结.在此基础之上,详细介绍了目前理论研究和实际工程中的热点问题,诸如流场剖面的影响、立管顶端浮体运动的耦合、涡激振动抑制措施、振动多模态特性等.

考虑大变形的大柔性立管涡激振动模型

在总结深海大柔性立管涡激振动研究基础上,提出考虑大变形的大柔性立管涡激振动数学模型,开发出相应的计算程序。在验证新模型计算程序可靠的基础上,分别在雷诺数Re=6300、Re=1.2×105情况下研究深水顶张式立管涡激振动特征。结果表明,低雷诺数时立管涡激振动以低阶单模态振动为主;随雷诺数的增大,立管涡激振动出现多模态参与振动及涡激振动非完全对称大变形现象。考虑大变形的大柔性立管涡激振动数学模型可用于深水、极深水立管系统涡激振动响应分析预测。

阶梯流作用下长柔立管涡激振动行波效应研究

基于离散点涡法以及柔性梁理论,建立了三维长柔立管涡激振动耦合计算模型,并对比了相关试验测量结果和数值模拟结果。采用建立的模型对阶梯流作用下长柔立管涡激振动响应特性及行波效应机理进行分析,结果表明:顺流向的振动主频率为横向的2倍,同时存在幅值较小的3倍振动频率;行波效应主要发生在顺流向,根据识别CC模式和C模式的运动轨迹,在阶梯流作用下的长柔立管行波的传递方向为高流速区域向低流速区域传递。

流速分层流场中细长柔性立管涡激振动试验研究

洋流流速沿水深的分层变化对长柔性立管涡激振动性能有一定的影响.在开发流速增大装置的基础上,在拖曳水池中完成了1组流速分层流场中细长柔性立管涡激振动试验,测量数据包括流向和垂直流向上立管表面的应变值,试验数据采用模态分析法加以分析.结果表明:流速分层流场中细长柔性立管涡激振动不同于均匀流场及剪切流场的振动;流速增大层立管流向弯曲曲线的最大弯曲点偏向于流速增大层的作用段;立管流向和垂直流向振动的频率分布呈现出集中和分散2种形式;激发的立管垂直流向振动与拍振动类似.

防台钻井隔水管脱离状态下振动响应模型试验

防台钻井隔水管近海面脱离后的振动特性关系到实际的生产安全。通过模型试验对其脱离状态下的振动特性进行研究。试验结果表明:脱离后,由于隔水管上端自由度得到释放,雷诺数较低时,其振动形态表现为刚性体自激振动的振型;随着雷诺数的增大,其振动响应中同时存在弹性支撑刚性体的自激振动和两端连接柔性管的模态振动,体现为主次频的关系;随着雷诺数的进一步增大,主次关系发生转变,对应于振型的转变;顺流向与横流向上的振型转变并不同步,顺流向上的振型转变需要更大的流速;相比于正常连接状态,脱离后的振型分布有向隔水管上端移动的趋势。

水下井口头在张力腿平台顶张式立管作用下的疲劳分析和参数比较

张力腿平台(TLP)通过顶张式立管和水下井口头的结合使用,实现了干式采油在深水浮式平台中的应用。其中水下井口头将会受到顶张式立管给井口头施加的持续荷载,需要对其抗疲劳性能进行校核。以南海某TLP项目为基础,在对该项目井口头系统进行简要介绍后,从长期疲劳分析和单个极端事件疲劳分析两个方面,对疲劳分析进行阐述。然后对影响疲劳分析的几个关键要素进行对比与分析,包括导管头尺寸和焊接疲劳曲线选择等。该研究可为其他深水油气田的开发提供参考与借鉴。

基于EMD-LSTM的集输立管内稳态及瞬态工况预测

针对离岸油气管道流动参数时间序列及流型转变的预测,建立基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)组合模型,运用贝叶斯理论对LSTM神经网络相关参数进行优化。相比于单独使用BP神经网络、随机森林算法和LSTM神经网络,本文提出的EMD-LSTM组合预测模型可以更好地追踪立管压差和幅值的演变趋势,大幅度提高预测精度,对流动原始信号及其统计量时间序列均适用。