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题名非线性海洋环境载荷下隔水管动态响应与优化设计研究
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作者
邢云龙
张博
徐化奎
张晶
王可鑫
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机构
中海油田服务股份有限公司
中海石油(中国)有限公司海南分公司
中国石化西南石油工程有限公司井下作业分公司
西南石油大学机电工程学院
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出处
《钻采工艺》
北大核心
2025年第4期48-56,共9页
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文摘
隔水管系统作为连接海底井口与钻井平台的关键结构,在强洋流与显著潮差的海洋环境中面临严峻的安全与稳定性挑战,频发的结构变形与疲劳破坏问题亟需通过精细建模与参数优化加以应对。文章围绕深水钻井作业中隔水管在非线性海洋环境载荷作用下的动力学响应行为开展研究:基于改进的Morison方程构建波浪—潮流耦合的非线性载荷模型,采用最小势能原理与变分方法推导结构控制方程,通过Hermite插值与Galerkin法实现有限元离散,并结合Newmark方法进行动态响应求解。研究发现:隔水管在水深约102 m处易形成“位移峰值+零转角”的高曲率响应区,属于结构潜在失效段。针对该薄弱区域,提出壁厚梯度优化设计策略,可有效降低最大位移、抑制角度波动并缩短响应周期,从而提升隔水管对中高频载荷的抵抗能力。进一步分析发现,顶张力是最直接高效的控制参数;在强潮流工况下,通过提高顶张力并结合壁厚增强形成协同抑制策略,可显著恢复结构安全裕度,满足大潮差(>1.5 m)等极端工况下的稳定运行需求。研究成果可为深水隔水管系统的设计优化与作业风险控制提供理论支撑与工程参考。
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关键词
隔水管
动力学响应行为
非线性载荷
壁厚梯度优化设计
顶张力
协同抑制策略
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Keywords
riser
dynamic response behavior
nonlinear loading
wall thickness gradient optimization
top ten⁃sion
coordinated suppression strategy
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分类号
TE951
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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