深水钻井工况下隔水管横向振动特性研究

doi:10.11885/j.issn.16745086.2014.08.05.02

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2016, Vol. 38 ›› Issue (5): 1-8.DOI: 10.11885/j.issn.16745086.2014.08.05.02

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深水钻井工况下隔水管横向振动特性研究

刘清友^1,2, 朱军凯^1,3, 毛良杰⁴

1. 西南石油大学机电工程学院, 四川成都 610500;
2. 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室, 四川成都 600300;
3. 中国石油塔里木油田分公司油气运销部, 新疆库尔勒 841000;
4. 西南石油大学石油与天然气工程学院, 四川成都 610500

收稿日期:2014-08-05 出版日期:2016-10-01 发布日期:2016-10-01
通讯作者: 刘清友,E-mail:liuqy66@aliyun.com
作者简介:刘清友,1965年生,男,汉族,重庆开县人,教授,博士生导师,长江学者特聘教授,主要从事海洋石油工程、管柱力学、机械工程等方面的教学科研工作。E-mail:liuqy66@aliyun.com;朱军凯,1989年生,男,汉族,河南商丘人,硕士,主要从事油气储运方面的研究。E-mail:389698920@qq.com;毛良杰,1987年生,男,汉族,四川成都人,博士,主要从事海洋深水钻井隔水管力学行为方面的研究工作。E-mail:maoliangjie@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金（51274171）；西南石油大学机电工程学院研究生创新基金（CX2014SY21）。

Study of Characteristics of Lateral Vibration of the Riser in Deepwater Drilling Condition

LIU Qingyou^1,2, ZHU Junkai^1,3, MAO Liangjie⁴

1. School of Mechatronic Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. MOE Key Laboratory of Fluid and Power Machinery, Xihua University, Chengdu, Sichuan 600300, China;
3. Oil and Gas Marketing Department, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla, Xinjiang 841000, China;
4. School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China

Received:2014-08-05 Online:2016-10-01 Published:2016-10-01

摘要/Abstract

摘要： 目前，对隔水管的振动研究鲜有涉及深水钻井工况对其横向振动特性的影响。为此，采用牛顿法建立了隔水管横向振动流固耦合模型，利用微分变换法（DTM）对模型进行求解，分析了钻井液排量与密度、张力比、钻柱结构等因素对隔水管横向振动固有频率的影响规律。结果表明，钻井液的存在会减小深水隔水管横向振动固有频率；隔水管横向振动固有频率随钻井液密度的增加而降低，随张力比的增加而增大；钻井液排量和钻柱尺寸对隔水管的横向振动固有频率影响不大。该研究可用于指导深水钻井作业，优化深水钻井工艺参数。

关键词: 深水钻井, 隔水管, 横向振动, 流固耦合, 固有频率

Abstract: Study of vibration of riser is rarely about lateral vibration of the riser in deepwater drilling condition. We built the fluid-structure interaction model for lateral vibration of the riser using Newton's method, and solve the model using the differential transform method(DTM). We also analyzed the effects of displacement of drilling fluid, fluid density, tension ratio, the riser's structure and other factors on the natural frequency of lateral vibration of risers. The results show that: the presence of drilling fluid will reduce the natural frequency of horizontal vibration of deepwater riser; natural frequency of the lateral vibration of the riser increases when the density of the drilling fluid decreases and when the tension ratio increase; tension ratio is a very serious impact on the natural frequency of the lateral vibration of the riser. The effect of the drilling fluid displacement and drill string size for the lateral vibration of the riser can be neglected under drilling conditions. The study results can be used to guide the operations and to optimize process parameters of deepwater drilling.

Key words: deepwater drilling, riser, lateral vibration, fluid-structure interaction, natural frequency

中图分类号:

TE951

刘清友, 朱军凯, 毛良杰. 深水钻井工况下隔水管横向振动特性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 1-8.

LIU Qingyou, ZHU Junkai, MAO Liangjie. Study of Characteristics of Lateral Vibration of the Riser in Deepwater Drilling Condition[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 1-8.

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参考文献

[1] 刘清友,徐涛. 深海钻井升沉补偿装置国内现状及发展思路[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(3):1-8. LIU Qingyou, XU Tao. Domestic status and thoughts on the development ideas of deepwater drilling heave compensation system[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2014, 36(3):1-8.
[2] 畅元江,段梦兰. 南海深水钻井隔水管设计与作业技术[J]. 天然气工业, 2014, 34(5):106-111. CHANG Yuanjiang, DUAN Menglan. Design and operation of marine drilling riser:A case history of deepwater drilling in the south china sea[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(5):106-111.
[3] 张晓东,王海娟. 深水钻井技术进展与展望[J]. 天然气工业, 2010, 30(9):46-48, 54. ZHANG Xiaodong, WANG Haijuan. Progress and outlook of deepwater drilling technologies[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(9):46-48, 54.
[4] DAREING D W. Natural frequencies of marine drilling risers[J]. Society of Petroleum and Engineering, 1976, 28(7):813-818.
[5] 边若武. 海洋钻井隔水管随机振动谱分析[D]. 东营:中国石油大学, 1988. BIAN Ruowu. Marine drilling riser random vibration spectrum analysis[D]. Dongying:China Petroleum University, 1988.
[6] WU M C, LOU J. Effect of rigidity and internal flow on marine riser dynamics[J]. Applied Ocean Research,1991, 13(5):235-244.
[7] GUO H Y. Dynamic Characteristics of Marine Risers Conveying Fluid[J]. China Ocean Engineering,2000,14(2):153-160.
[8] 畅元江,陈国明,许亮斌. 海洋钻井隔水管固有频率的简化计算[J]. 中国海上油气, 2005, 17(5):352-355. CHANG Yuanjiang, CHEN Guoming, XU Liangbin. Simplify the calculation of the natural frequency of the marine drilling riser[J]. China Offshore Oil and Gas, 2005, 17(5):352-355.
[9] 韩春杰,陈明明,闫铁. 深水环境下隔水管的横向自由振动分析[J]. 应用力学学报,2012,29(3):341-344, 359. HAN Chunjie, CHEN Mingming, YAN Tie. The riser lateral free vibration analysis of deepwater environment[J]. Journal of Applied Mechanics, 2012, 29(3):341-344, 359.
[10] 刘清友,周守为,姜伟,等. 基于钻井工况和海洋环境耦合作用下的隔水管动力学模型[J]. 天然气工业, 2013, 33(12):6-12. LIU Qingyou, ZHOU Shouwei, JIANG Wei, et al. A dynamic model of marine risers/pipes under the drilling operation condition and sea environment[J]. Natural Gas Industry, 2013, 33(12):6-12.
[11] 刘清友,马德坤,汤小文. 钻柱纵向振动模型的建立及求解方法[J]. 西南石油学院学报,1998,20(4):66-69, 10. LIU Qingyou, MA Dekun, TANG Xiaowen. The method of solution and establishment for axial vibration model of drilling string[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 1998, 20(4):66-69, 10.
[12] 刘清友,黄本生. 牙轮钻头横向振动模型的建立及求解[J]. 天然气工业, 2001, 21(4):55-56, 6. LIU Qingyou, HUANG Bensheng. Establishment of lateral vibration dynamic model of roller cone rock bit and its solution[J]. Natural Gas Industry, 2001, 21(4):55-56, 6.
[13] PAIDOUSSIS M P. Fluid-structure interactions:slender structures and axial flow[M]. London, UK:Academic Press, 1998.
[14] PAIDOUSSIS M P. The canonical problem of the fluidconveying pipe and radiation of the knowledge gained to other dynamics problems across Applied Mechanics[J]. Journal of Sound and Vibration, 2008, 310:462-492.
[15] 刘清友,何玉发. 深井注入管柱力学行为及应用[M]. 北京:科学出版社, 2013. LIU Qingyou,HE Yufa. Mechanical properties and applications of injection string in deep well[M]. Beijing:Science China Press, 2013.
[16] 刘清友,孟庆华,庞东晓. 钻井系统动力学仿真研究及应用[M]. 北京:科学出版社, 2009. LIU Qingyou, MENG Qinghua, PANG Dongxiao. Research and application of dynamic simulation in drilling system[M]. Beijing:Science China Press, 2009.
[17] 杨茂红. 深水钻井隔水管的振动分析与数值模拟[D]. 东营:中国石油大学(华东), 2008. YANG Maohong. The dynamical analysis and numerical simulation of deepwater drilling riser[D]. Dongying:China Petroleum University, 2008.
[18] ZHOU J K. Differential transformation and its applications for electrical circuits[M]. Wuhan:Huazhong University Press, 1986.
[19] NI Q, ZHANG Z L, WANG L. Application of the differential transformation method to vibration analysis of pipes conveying fluid[J]. Applied Mathematics and Computation, 2011, 217(16):7028-7038.
[20] 李子丰,王鹏,赵民,等. 深水隔水管横向振动力学分析[J]. 振动·测试与诊断, 2013, 33(6):1003-1007, 1094-1095. LI Zifeng, WANG Peng, ZHAO Min, et al. Transverse vibration analysis of the riser in deep water[J]. Journal of Vibration, Measurement & Diagnosis, 2013, 33(6):1003-1007, 1094-1095.
[21] 王海峡,赵广慧,章靖,等. 内外流体流动下隔水管横向振动模型的探讨[J]. 石油矿场机械, 2010, 39(8):12-15. WANG Haixia, ZHAO Guanghui, ZAHNG Jing, et al. Discussion of transverse vibration model of riser under loads of internal flowing mud and external environmental[J]. Oil Field Equipment, 2010, 39(8):12-15.

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Study of Characteristics of Lateral Vibration of the Riser in Deepwater Drilling Condition

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[1]	王国荣, 曾诚, 毛良杰, 李阳. 深水钻井隔水管系统配置及动力学特性分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(3): 156-163.
[2]	姜峰*，郑运虎，梁瑞，杜超飞. 海洋立管湿模态振动分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(5): 159-166.
[3]	周伟1 *，贾威2，郭小渝3，李太福1，易军1. 基于管柱声场模型的油井动液面检测新方法[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(4): 166-172.
[4]	艾志久;李杰;刘绘新;彭旭;胡坤. 基于Workbench 防冲刺短节疲劳寿命分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2013, 35(2): 174-178.
[5]	吴欣袁;练章华;林铁军;江文. 分支井连接段有限元建模与分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2012, 34(1): 127-133.
[6]	黄天成;王德国;周思柱;吴汉川;祝克强. 混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2012, 34(1): 165-171.
[7]	卜淘; 代平 . 一种应力敏感油气藏流固耦合的简化模拟方法 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008, 29(4): 145-147.
[8]	王伯军张士诚张劲甘云燕. 考虑注采关系的三维地应力场数值模拟研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2006, 28(6): 33-35.
[9]	郭肖杜志敏周志军. 疏松砂岩油藏流固耦合流动模拟研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2006, 28(4): 53-56.
[10]	李巍a;黄进军b;刘远翔b;罗兴树b;李春霞b. 钻井液处理剂对气体水合物形成的影响研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2005, 27(6): 62-64.
[11]	王林石晓兵陈平罗平亚周俊昌. 海洋深水钻井锚链的动力特性探讨 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2004, 26(5): 24-26.
[12]	杨满平李治平王正茂彭彩珍胡永乐. 变形介质气藏渗流理论研究的发展及研究意义[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2003, 25(6): 23-26.
[13]	刘向君叶仲斌王国华陈一健梁利喜. 流体流动和岩石变形耦合对井壁稳定性的影响 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2002, 24(2): 50-52.
[14]	王自明杜志敏. 油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2002, 24(2): 28-30.
[15]	杨秀夫陈勉刘希圣. 水压裂缝缝内流场的理论研究 [J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2002, 24(1): 87-90.