基于水动力性能的深水懒波形立管的浮筒设计方法研究

作     者：张赢今 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：顾继俊

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：懒波形立管 理论分析 数值模拟 浮筒布置方案 

摘      要：深水油藏的开发大量增加,海上资源的开采也逐渐向更深水域发展。钢悬链线立管是连接水下生产系统与海面生产平台的关键部件,所处的海洋环境十分恶劣,立管承受巨大的力与弯矩。然而,通过在立管上加入浮筒装置,便可抵消一部分张力,减小顶端载荷,在一定程度上提高疲劳寿命。本文就是运用理论分析以及数值模拟方法对懒波形立管的浮筒布置参数进行研究、设计。在本文中,详细地介绍了钢质懒波形立管系统以及其中的浮筒装置。基于大变形理论建立了静态下立管的控制方程,并利用有限差分法,进行Matlab编程,得到懒波形立管的变形图,分析了沿立管的受力情况。同时,改变浮筒的间距以及初始位置,研究不同的布置参数对立管力学性能的影响。结果表明,浮筒间距增加会使得悬挂点处的受力增大,但会减小立管的弯矩极值,浮筒初始位置距悬挂点的距离增大同样会增加立管轴力极值,减小弯矩极值。接下来,基于Orcaflex建立懒波形立管模型,对以上理论分析结果进行验证。同时分析了不同情况外流,包括均匀流、剪切流以及幂律流下,立管的形态以及受力情况。改变浮筒的布置,对比分析立管的力学性能的变化。最后,考虑到段塞流在具有下倾管的立管中时常发生,且会给立管带来一定的危害。本次研究利用模拟软件Olga进行段塞流研究。对比分析了简单的下倾管-立管组合以及懒波形这样具有两段下倾管的复杂形态下,立管内压力变化的区别。研究了由于不同的浮筒布置而导致不同立管形态下的立管压力波动周期的变化情况。从而进一步证实了前几章中所选择布置参数的可行性。综合考虑,最终确定浮筒的间距为6-8m,初始的浮筒位置为距离立管悬挂点1650-1700m范围内。这次研究不仅是对完善深水油藏开发系统的一次有益尝试,更是对我学习知识、应用知识能力的一次锻炼与提高。