海洋钻井隔水管固有频率研究述评.pdf

?机械研究与应用?204年第3期(第27卷,总第131期)
综述
海洋钴井隔水管固有频率研究述评
李军强
(西安石油大学机槭工程学院,映西西安710065)
摘要:隔水管是海洋钻井中的关鍵设备之ー,同时也是薄弱易损的构件之ー。只有通过深入分析海洋钴井隔水管
的振动固有频率,才能准确判断其强度、刚度和稳定性。通过对现有国内外大量文献的分析讨论,总结了国内外关于
海洋钻井隔水管横向振动固有频率的研究成果,归纳了影响海洋钴井嗝水管横向振动固有频率的几个主要因亲,对
今后的研究方向提出了一些建议。
关键词:海洋钻井;隔水管;固有频率;述评
中图分类号:TF951
文献标志码:A
文章编号:1007-4414(2014)03-0175-04
Review on Research for Natural Frequency of Marine Drilling Riser
clang
al Engineering Institute, Xi'an Shiyou University, Xi'an Shaan 710065, China)
Abstract: The marine riser is one of the key equipment in marine drilling, but also one of the weakest components of vulnera-
bility. It is only o analyze eaus ively te vibration natural frequencies of the riser in the deep water in order to determine ac-
curately the strength, dynamic stability and fatigue life. Through the analysis and discussion on present literatures, the re-
search results of the marine drilling riser vibration in the omestic and intemational are summarized, which focusing on mainl
the vibration natural frequencies. The main effecting factors on the natural frequency of transverse vibration of marine drilling
riser are concluded. The suggestions on future research direction are put forward
Key words: marine drilling; marine riser; natural frequency; review
0引言
现象,使得隔水管疲劳寿命显著降低。因此精确计算
隔水管是海洋石油钻井中的关键设备,同时也是隔水管横向振动固有频率对于合理选择钻井参数、避
薄弱易损的构件之一。其内部有高压流体通过,外部免隔水管的非正常破损和预测隔水管涡激响应、疲劳
则承受海风波浪以及海流的作用,加上所连浮体的寿命具有重要意义。
漂移存在,使得隔水管处于极其复杂的海洋环境中。
文献[1]的研究结果表明,如果隔水管的顶端张
由于载荷因素的多样性,作业过程的复杂性,自身结力较小,当内流足够大时可显著降低隔水管的固有频
构的大变形非线性,分析方法的不确定性,以及实际率;而顶端张力较大时,管内流体产生的影响较小。
动力响应的抽象性等,使得隔水管成为海洋石油装备
文献[2]推导出了工作在水深600英尺的钴井
开发的难点与重点。对海洋钻井隔水管系统进行动隔水管固有频率计算的解析式,并给出了隔水管固有
力学分析一直是海洋工程中的重要课题,国内外许多频率的近似公式。该公式非常简便且可得到满意的
专家、学者进行了大量分析研究,取得了很多研究成工程结果。研究表明隔水管固有频率随着顶部张力
果。笔者主要从海洋钻井隔水管横向振动固有频率的增大而増大;随着钻井泥浆密度的增大,隔水管的
方面对这些研究成果进行总结和分析讨论。
质量增加,而刚度不变,隔水管的固有频率就会减小。
1文献研究成果总结
文献[3]利用哈密顿原理推导出了考虑内部流
海洋钻井隔水管的固有频率分析是隔水管动力体动力和其它常规力作用的隔水管横向振动控制方
学分析的一个主要内容。在海洋钻井时,当隔水管横程,利用适当的张力表达式,隔水管的控制方程可适
向振动固有频率与钻柱转速接近时,可能会使钴柱与用于零浮力、负浮力或正浮力隔水管系统。研究表
隔水管发生谐振而引起隔水管发生严重偏磨;当隔水明,流体流动产生的力将减小隔水管的固有频率,对
管横向振动固有频率与海流经过时产生的漩涡释放于张力不足的零浮力隔水管系统,流体动力可大幅度
频率接近时,隔水管将发生涡激振动,即产生“锁定”降低固有频率,对于正浮力或负浮力隔水管系统的影
收稿日期
基金项目:陕西省教育斤专项科研计刘“海洋石油钻井平台隔水管动力学响应分析”(编号:11JKO539);国家重大专项“半潜式钻井平台管
子处理系统关键技术研究”(编号:20117X05027-001-6
作者简介:李军强(1964-),男,陕西成阳人,博士,教授,主要从事石油机械动力学的教学和研究工作。