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基于并行协作空时复用的深水隔水管疲劳参数传输方法

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石油学报 2014年第5期35卷 972-978页

作者：李保军王海燕申晓红杨伏洲姜喆邓欣许亮斌西北工业大学航海学院陕西西安710072 湛江南海西部石油勘察设计有限公司广东湛江524057 中海油研究总院北京100027

疲劳监测是维护深水隔水管安全和完整性的重要手段,其难点在于多测点疲劳参数的高效传输。针对这一问题,提出了并行协作空时复用(Parallel Cooperation Spatial Time Reuse,PCSTR)的疲劳参数传输方法。PCSTR法以隔水管单测点疲劳参数远... 详细信息

疲劳监测是维护深水隔水管安全和完整性的重要手段,其难点在于多测点疲劳参数的高效传输。针对这一问题,提出了并行协作空时复用(Parallel Cooperation Spatial Time Reuse,PCSTR)的疲劳参数传输方法。PCSTR法以隔水管单测点疲劳参数远距离可靠传输为基础和前提,通过数据包并行传输、节点协作和数据包合并等关键技术实现疲劳参数高效传输,其性能可由传输时延、吞吐量和系统能耗等指标评价。通过试验检验了该方法的可靠性;数值试验也显示了该方法较时分复用(Time Division Multiple Address,TDMA)法,在时效性和能耗等方面具有更好的效果;水池模拟试验证明了水声协作传输的可行性。PCSTR为深水隔水管多测点疲劳数据传输提供了新方法。

关键词：深水隔水管疲劳水声遥测并行协作空时复用数据传输

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深水隔水管受力变形模拟试验方法研究

石油机械 2013年第12期41卷 53-57页

作者：房军王宴滨高德利中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室

深水隔水管的失效形式多种多样,保证隔水管安全可靠是实现安全快速钻进的先决条件。为测量隔水管在工作过程中的真实应变,确保其在工作过程中满足强度要求,采用水下应变测试技术,通过在模拟管柱外壁粘贴电阻应变片,测得其在特定载荷下... 详细信息

深水隔水管的失效形式多种多样,保证隔水管安全可靠是实现安全快速钻进的先决条件。为测量隔水管在工作过程中的真实应变,确保其在工作过程中满足强度要求,采用水下应变测试技术,通过在模拟管柱外壁粘贴电阻应变片,测得其在特定载荷下的应变规律,验证了试验方法的可行性。同时设计合理的密封堵头并使用环氧树脂AB胶对其进行灌胶固化,可以解决试验引线引出主缸筒的密封问题,将半固化环氧树脂AB胶涂在粘贴好的应变片表面,可以解决应变片的绝缘保护问题。最后分析了造成测量误差的主要原因并提出了相应的解决措施,为后续进行复杂模拟试验奠定了基础。

关键词：深水钻井深水隔水管受力变形模拟试验应变测试误差来源解决措施

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深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳寿命分析

深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳寿命分析

作者：李时德西南石油大学

学位级别：硕士

随着陆地和近海油气资源储量的不断减少和对石油资源需要的不断增加,油气的开采已从浅海发展到了深海,并逐步向超深海域推进。深水隔水管作为连接海洋平台与海底井口的关键部件,起到隔绝油井与海水、输送油气和支撑各种管线的作用。在... 详细信息

随着陆地和近海油气资源储量的不断减少和对石油资源需要的不断增加,油气的开采已从浅海发展到了深海,并逐步向超深海域推进。深水隔水管作为连接海洋平台与海底井口的关键部件,起到隔绝油井与海水、输送油气和支撑各种管线的作用。在深海中,隔水管所处的环境恶劣,可能会承受海流、波浪、海洋平台运动等一种或多种载荷的作用,其中海流是最重要的载荷之一。当海流流经隔水管时,由流动分离产生涡旋泻放,诱发形成涡激振动。同时,海洋平台的运动及管内流动流体的联合作用,深水隔水管将发生更复杂的耦合运动。这些现象均会缩短深水隔水管的疲劳寿命。除此之外,深水隔水管大多由高强度钢焊接而成。在焊接过程中,其焊接接头处极易萌生表面裂纹,在涡激振动作用下会逐渐扩展,严重情况时,可能会造成深水隔水管的断裂失效。同时,隔水管焊接接头在焊接过程中还会产生局部焊接残余应力场,将进一步影响隔水管在服役期间的疲劳寿命。现有针对深水隔水管涡激振动的研究大多仅考虑单因素下的影响,而少有综合考虑内、外流和顶张力等多因素下的影响;另外,在隔水管疲劳寿命预测方面,也缺少针对其焊接接头疲劳扩展寿命的研究。因此,本文针对以上问题展开了研究,主要工作如下:(1)建立了深水隔水管涡激振动预测模型。基于欧拉梁的弯曲振动理论,考虑了管内、外流体和顶张力等因素,建立了深水隔水管涡激振动模型,并在时域内对其进行了迭代求解。模型数值结果与Song等的实验测量结果和Xu等的数值模拟结果进行了对比,证明了本文涡激振动模型在预测深水隔水管涡激振动的有效性。(2)建立了涡激振动下深水隔水管焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型。首先采用雨流法,将深水隔水管的动力响应简化成若干个均幅全循环应力,再转化为等效应力均方根值,在此基础上,基于疲劳裂纹扩展理论,采用Newman-Raju公式、Paris公式和Forman公式,建立了深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳扩展寿命预测模型。模型数值结果与Park、黄和Iranpour等的实验测量结果进行了对比,表明了深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳扩展寿命模型对于预测涡激振动下其疲劳寿命是有效的。(3)分析了主要因素对深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳寿命的影响机理。基于深水隔水管焊接接头表面裂纹疲劳扩展寿命预测方法,探讨了深水隔水管顶张力、管外流动流体、管内流动流体及焊接残余应力等关键因素对其焊接接头疲劳寿命的影响机理。结果表明:由于内流的影响,深水隔水管主要有两个弯曲应力极值,分别靠近其的顶端和低端;随着管内流体速度的增加,靠近其底端焊接接头的弯曲应力大幅增大,从而导致靠近其底端焊接接头的疲劳寿命大幅降低;相比于内流流速,外流流速对其焊接接头的影响更大。随着外流的小幅增加,其焊接接头的疲劳寿命大幅降低;随着顶张力的增加,弯曲应力减小,与此同时,轴向拉伸应力会相应的增大;焊接残余应力场的出现,使得在裂纹深度方向产生很大的拉应力,加速了焊接接头处疲劳裂纹的扩展,减小了其焊接接头的疲劳寿命;另外,随着裂纹的扩展,残余拉应力变为残余压应力,减缓了焊接接头疲劳裂纹的扩展,增加了其焊接接头的疲劳寿命。

关键词：深水隔水管涡激振动焊接接头焊接残余应力疲劳寿命

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深水隔水管完整性管理技术研究

深水隔水管完整性管理技术研究

作者：傅景杰中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

本论文依托国家科技重大专项子课题“深水隔水管-水下井口全寿命完整性技术及工程应用”(课题编号:2016ZX05028001-005),开展隔水管完整性管理技术研究。以疲劳、腐蚀缺陷为研究对象,开展深水隔水管损伤及可靠性研究,建立深水隔水管检... 详细信息

本论文依托国家科技重大专项子课题“深水隔水管-水下井口全寿命完整性技术及工程应用”(课题编号:2016ZX05028001-005),开展隔水管完整性管理技术研究。以疲劳、腐蚀缺陷为研究对象,开展深水隔水管损伤及可靠性研究,建立深水隔水管检修优化策略,为隔水管完整性管理提供科学依据,以达到防止隔水管失效的目的。研究成果主要包括:(1)基于监测数据的隔水管系统疲劳损伤评估研究基于监测数据的隔水管系统动力学重构和疲劳损伤评估方法;基于能量的方法识别隔水管系统激发模态,采用加权波形分析法(WWA)重构隔水管系统动力学响应;在此基础上基于S-N曲线法计算隔水管系统的疲劳损伤,识别隔水管系统疲劳热点及疲劳应力,为后续的隔水管完整性管理研究奠定基础。(2)基于贝叶斯网络的隔水管动态疲劳可靠性评估以隔水管应变监测数据作为应力数据来源,基于断裂力学建立隔水管裂纹扩展模型,并考虑裂纹扩展模型中变量的随机性,基于贝叶斯网络建立裂纹扩展及可靠性预测模型;基于随机变量分布开展贝叶斯网络正向推理分析,识别裂纹深度概率分布及隔水管可靠性指数随服役时间的变化规律;引入检测结果开展贝叶斯网络反向推理分析,识别检测结果对隔水管疲劳随机参数的影响。(3)基于贝叶斯网络的隔水管检修优化研究建立深水隔水管检修优化模型,基于事件树建立隔水管检修优化过程,以MATLAB中的遗传算法(GA)作为优化算法,通过MATLAB中的贝叶斯工具箱(BNT)建立裂纹扩展贝叶斯模型,基于贝叶斯更新建立检修优化过程隔水管可靠性模型,融合GA与贝叶斯网提出隔水管检修优化搜索算法及流程,以建立并通过枚举法对检修优化结果进行验证。结果表明,提出的隔水管检修优化算法可精确高效的解决隔水管检修优化搜索问题。(4)基于影响图模型的隔水管检修优化研究为解决可靠性计算和检测时间搜索分开迭代问题,并考虑维修不完善、多失效模式耦合等问题,提出隔水管检修优化影响图方法;建立隔水管检修优化影响图模型,进行隔水管检修优化及疲劳可靠性新更新;进行维修不完善和多隔水管情况下的检修优化;以疲劳和腐蚀失效为例,进行隔水管多失效模式耦合情况下的检修优化。

关键词：深水隔水管疲劳贝叶斯检修优化可靠性

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环境载荷对深水隔水管底部球接头的影响分析

石油机械 2004年第5期32卷 24-26页

作者：石晓兵聂荣国郭昭学陈平罗平亚周俊昌西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室中海油上海分公司

隔水管底部球接头是深水钻井的关键部件 ,其工作状态及力学行为对安全作业显得格外重要。建立了深水钻井时海洋环境载荷作用下 ,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型 ,引入了非线性力学理论 ,计算结果更符合实际。计算分析... 详细信息

隔水管底部球接头是深水钻井的关键部件 ,其工作状态及力学行为对安全作业显得格外重要。建立了深水钻井时海洋环境载荷作用下 ,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型 ,引入了非线性力学理论 ,计算结果更符合实际。计算分析表明 ,隔水管底部球铰处的转角是制约深水作业的重要参数 ,船体的漂移是影响它的最重要的因素 ;其次是隔水管顶部张力 ,随着顶部张力的增大 ,底部球铰的转角减小 ;随着海流速度的增大 ,底部球铰的转角增大 ;海浪的影响不明显。实际钻井过程中 ,当海流速度较大时 ,可通过增加顶部张力或加浮力块的方式来改善底部球接头的工作状况。

关键词：环境载荷深水隔水管张力浮力转角有限元法海上油田

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深水隔水管疲劳监测方法初探

海洋工程装备与技术 2014年第1期1卷 62-69页

作者：李保军邓欣申晓红黎昵何轲姜喆王海燕西北工业大学航海学院湛江南海西部石油勘察设计有限公司

深水隔水管是海洋油气钻探开发的关键构成,也是最脆弱、最危险的部件。深水隔水管疲劳监测技术在预防隔水管事故方面具有不可或缺的作用。我国已踏上深水油气钻探开发的新征程,迫切需要强大的隔水管监测技术作支撑。为此,介绍了隔水管... 详细信息

深水隔水管是海洋油气钻探开发的关键构成,也是最脆弱、最危险的部件。深水隔水管疲劳监测技术在预防隔水管事故方面具有不可或缺的作用。我国已踏上深水油气钻探开发的新征程,迫切需要强大的隔水管监测技术作支撑。为此,介绍了隔水管监测的目的和意义,探讨了深水隔水管疲劳监测的相关方法,特别对疲劳参数检测及其传输方法两个关键难题给予足够关注。随后介绍了我国的隔水管疲劳监测技术以及南海试验,旨在为深水油气钻探开发的安全进行提供技术支持。

关键词：深水隔水管疲劳监测水声监测网络

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深水隔水管水下监测低功耗平台设计

海洋工程装备与技术 2015年第2期2卷 133-137页

作者：白浩张梦娜申晓红王海燕湛江南海西部石油勘察设计有限公司广东湛江524057 西北工业大学航海学院陕西西安710072

水下信息处理平台是隔水管疲劳监测装置的神经中枢,控制疲劳参数检测、信号处理、数据发射、监测设备的休眠与启动等一系列流程。低功耗水下信息处理平台的硬件系统包括低功耗微处理机、高速数字信号处理器(DSP)、多种传感器、信号调制... 详细信息

水下信息处理平台是隔水管疲劳监测装置的神经中枢,控制疲劳参数检测、信号处理、数据发射、监测设备的休眠与启动等一系列流程。低功耗水下信息处理平台的硬件系统包括低功耗微处理机、高速数字信号处理器(DSP)、多种传感器、信号调制与发送电路、电源及其他附件等。为了提高监测设备的服役期限,对"十一五"期间的低功耗水下信息处理平台进行优化设计,增加了存储模块、优化空间布局与程序流程,使得电路板面积大大缩小。优化后,水下信息处理平台的可靠性进一步增强,进而降低了隔水管监测系统的体积和质量,提高了其便捷性和适用性。

关键词：海洋油气管道深水隔水管疲劳低功耗水下信息处理平台优化设计

基于非线性模型的深水隔水管横向振动固有频率分析

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石油科学通报 2018年第3期3卷 332-341页

作者：郝逸王文明李皓冉龚普熊明皓顾继俊中国石油大学(北京)机械与储运学院北京102249 南京晨光集团有限责任公司地面设备设计研究所南京210006

论文利用微元法建立了隔水管横向振动控制方程,假设轴向力为线性变化得到了隔水管的非线性模型,利用共振法获取隔水管固有频率,采用有限差分法求解非线性模型。分析了隔水管长度、隔水管壁厚、顶部张紧力、钻井液与海水附加质量等因素... 详细信息

论文利用微元法建立了隔水管横向振动控制方程,假设轴向力为线性变化得到了隔水管的非线性模型,利用共振法获取隔水管固有频率,采用有限差分法求解非线性模型。分析了隔水管长度、隔水管壁厚、顶部张紧力、钻井液与海水附加质量等因素对隔水管横向振动固有频率的影响,结果表明:隔水管长度增加时,其固有频率减小;随着隔水管壁厚增加,其固有频率增大;顶部张紧力越大,隔水管固有频率越高,可通过改变张力比来有效地改变系统固有特性;计算时需考虑内部钻井液,但钻井液密度对隔水管固有频率影响不大,但附加质量对固有频率的影响较大,必须考虑由海水引起的附加质量。研究内容为评估深水隔水管作业风险,提供了重要理论依据。

关键词：深水隔水管横向振动固有频率共振微元法

基于不同有限元计算软件的深水隔水管的模态分析及验证

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石化技术 2019年第11期26卷 54-55页

作者：王儒朋沈国华中海油能源发展装备技术有限公司

在深海石油钻采作业工程实践过程中,深水隔水管的疲劳破坏是其失效的主要原因之一。在深水钻井隔水管系统设计过程中考虑隔水管共振的因素将有效避免疲劳失效后果的发生。结合实际海况,通过有限元方法针对深水隔水管进行模态分析,得出... 详细信息

在深海石油钻采作业工程实践过程中,深水隔水管的疲劳破坏是其失效的主要原因之一。在深水钻井隔水管系统设计过程中考虑隔水管共振的因素将有效避免疲劳失效后果的发生。结合实际海况,通过有限元方法针对深水隔水管进行模态分析,得出了作用在隔水管上的各载荷对隔水管固有频率和振型的影响,表明了湿模态在深水隔水管振动分析中的必要性和重要性;并通过不同有限元分析软件ANSYS和ABAQUS进行了计算结果的交叉验证;最后基于计算分析结果给出了降低隔水管疲劳破坏的建议。

关键词：深水隔水管 ANSYS ABAQUS 模态分析交叉验证