一种基于隔水管-钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法技术

本发明专利技术提出了一种基于隔水管

【技术实现步骤摘要】
一种基于隔水管
‑
钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法


[0001]本专利技术涉及深海钻井
，尤其涉及一种基于隔水管
‑
钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法。

技术介绍

[0002]随着海洋油气开发向深海迈进，隔水管在深海油气开发中发挥着越来越重要的作用，主要用来连接钻井平台与海底防喷器，同时起到隔绝海水、循环钻井液的作用。深水钻井作业时隔水管受到的载荷非常复杂，先在海洋环境载荷的作用下发生变形，变形后会与内部钻杆发生接触碰撞，产生接触力。钻杆与隔水管内部长期发生接触作用，会导致钻杆与隔水管的磨损失效，严重时甚至会损坏设备，造成严重的安全事故。
[0003]目前，国内外对隔水管与钻杆之间的接触碰撞作用模型基本完善，可以利用哈密顿原理建立动力学模型，然后利用埃尔米特三次插值法进行离散，建立有限元模型，最后通过纽马克积分法对模型进行动态响应分析。然而对于隔水管
‑
钻柱耦合的管中管模型的分析还处在研究初期阶段，由于隔水管会随着海洋环境载荷不断摆动，因此隔水管与钻柱的碰撞边界是自由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于隔水管
‑
钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法，其特征在于，所述基于隔水管
‑
钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法通过建立考虑钻杆接触碰撞作用的隔水管动力学模型，采用有限元法结合Newmark
‑
β法进行求解，进而对隔水管动力特性进行分析，具体步骤包括：步骤一：输入基本参数，设定钻杆、隔水管初始值{u0}，对时间和空间网格进行划分；步骤二：基于步骤一内容形成隔水管和钻杆的刚度矩阵[K]，质量矩阵[M]，阻尼矩阵[C]；步骤三：计算隔水管海洋环境载荷以及钻杆接触碰撞力；步骤四：根据步骤三所计算的钻杆接触碰撞力得出钻杆有效刚度矩阵，根据钻杆接触碰撞力和隔水管海洋环境载荷得出隔水管有效刚度矩阵，并对钻杆和隔水管的有效刚度矩阵做三角分解；步骤五：使用Newmark
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β法迭代求解，选择时间步长为Δt，设置参数γ和β；步骤六：计算t+Δt时刻有效载荷，求解t+Δt时刻的位移，然后求得速度与加速度，输出结果。2.根据权利要求1所述的一种基于隔水管
‑
钻杆接触碰撞作用模型的动力特性分析方法，其特征在于，所述隔水管
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钻杆接触碰撞作用模型将刚性的隔水管和钻杆圆管简化为弹性梁，不考虑剪切变形，建立z方向和y方向的二维坐标系，运动微分方程和受力平衡方程根据拉朗贝尔原理和应用力学平衡分析得到，包括：隔水管y方向运动微分方程为：钻杆y方向运动微分方程为：流体微元段在z方向的受力平衡方程为：隔水管微元段在z方向的受力平衡方程为：隔水管轴向力计算公式为：T
e
＝T
‑
A
i
P
i
+A
o
P
o
＝T
top
‑
A
i
P
top
(1
‑
2ε)
‑
(m
r
+m
f
‑
ρA
o
)g(L
‑
z)；其中，EI、EI
′
为隔水管、钻杆的弯曲刚度；m
f
、m
f
′
为单位长度隔水管、钻杆内流体质，m
r
、m
p
为单位长度隔水管、钻杆质量，V为管内流体速度，f为环境载荷，F
c
为钻杆与隔水管的碰撞力，c为结构阻尼，A为立管截面积，T为截面上的张力；P

【专利技术属性】
技术研发人员：毛良杰，罗杰飞，曾松，蔡明杰，黄鑫，付强，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：