一种海洋深水钻井导管或者表层套管疲劳分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种海洋深水钻井导管或者表层套管疲劳分析方法及系统，考虑循环衰退效应，获得导管或者套管所安装位置的泥土的动力土反力曲线；获得海洋环境载荷、隔水管和防喷器传递的载荷联合作用下的导管或者表层套管的热点位置各方向的动力载荷下的应力响应时间历程，形成第一应力响应时间历程；结合动力土反力曲线以及第一应力响应时间历程，获得在土反力的耦合下的导管或者表层套管的热点位置各方向上的动力载荷下的应力响应时间历程，形成第二应力响应时间历程；利用第二应力响应时间历程进行表层套管或者导管的疲劳寿命预测。本发明专利技术提高海底泥线以下导管和表层套管多载荷作用下疲劳寿命分析精度。载荷作用下疲劳寿命分析精度。载荷作用下疲劳寿命分析精度。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋深水钻井导管或者表层套管疲劳分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及
深水钻井领域，具体涉及深水钻井导管或者套管的疲劳分析技术

技术介绍

[0002]随着海洋深水钻完井作业的进展，深水钻井过程中，水下井口和导管及表层套管的疲劳问题变得更加突出。由于钻井平台、隔水管、水下防喷器、水下井口、导管和表层套管、海底浅部软土是一个整体，目前对于该整体系统的疲劳分析，主要集中在隔水管和水下井口上。一般通过建立隔水管
‑
井口系统整体有限元模型，应用商业化有限元软件进行其疲劳分析，重点分析的是隔水管和泥线以上井口的疲劳损伤，对泥线以下的导管和表层套管的疲劳没有重点研究。而且由于目前一些深水作业实践中进行的隔水管和水下井口疲劳监测，并没有办法监测导管和表层套管接头等关键部位的疲劳损伤。但是，该系统中导管和表层套管的受力非常复杂，不仅受到泥线以上隔水管和防喷器传递过来的周期载荷，而且受到泥线以下周围软土的土力学作用。而且在循环载荷下，海底软土的强度是逐渐降低的，从而导致导管横向位移增加，导管上在土层中的最大弯矩点下移，造成导管和表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋深水钻井导管或者表层套管疲劳分析方法，其特征在于：考虑循环衰退效应，获得导管或者套管所安装位置的泥土的动力土反力曲线；获得海洋环境载荷、隔水管和防喷器传递的载荷联合作用下，导管或者表层套管在各方向的动力载荷下的应力响应时间历程，形成第一应力响应时间历程；结合动力土反力曲线以及第一应力响应时间历程，获得在土反力的耦合下的导管或者表层套管在各方向上的动力载荷下的应力响应时间历程，形成第二应力响应时间历程；利用第二应力响应时间历程进行表层套管或者导管的疲劳寿命预测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述动力土反力曲线的获得方式为：针对泥线以下的导管或者表层套管，根据按导管或者表层套管的深度方向的每个位置的循环折减系数对p
‑
y曲线进行修正，获得所述动力土反力曲线，所述循环折减系数表示由于循环载荷的作用而造成的导管周围土反力的降低程度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述循环折减系数的获取方式为：根据相似性原理制备深水钻井导管和表层套管实验模型，所述实验模型包括管柱，所述管柱的部分插入装有泥土箱体中，所述管柱的顶部设置循环作动器，所述管柱用于模拟导管和表层套管，泥土用于模拟所述导管或者套管所安装位置的海底软土，所述循环作动器输出的循环作用力用于模拟平台运动、波浪力和海流力引起的施加在水下井口位置的循环载荷；所述循环作动器在所述管柱上施加给定次数、给定幅值、频率和周期的横向作用力的循环载荷，并获得所述管柱沿深度变化的横向偏移测量计算值y；根据实验数据拟合公式获得第n次加载后随管柱深度x变化的y
n
；y
n
＝
±
[y0+(A
×
F
t
)
×
ln(n)
×
D
c
]
×
x/x0式中：F
t
：加载力：n：循环次数，n∈[1,N],N表示循环加载的总次数；y0：静态加载作用下的管柱顶部的横向偏移测量值；D
c
：管柱的管径；A：拟合系数；x0：管柱顶部位置；x：沿管柱深度变化的位置；对泥线以下x
n
位置处的土反力曲线循环折减系数C
n
(x
n
)进行试取值，然后根据API标准p
‑
y曲线计算确定y'
n
，若|y
n
‑
y'
n
|＜ε，则可确定该位置x
n
第n次循环后的循环折减系数C
n
(x
n
)；逐次增加循环加载次数，通过上述计算过程，则可以获得该位置x
n
从1～N次后的循环折减系数C1(x
n
)～C
N
(x
n
)。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二应力响应时间历程的获取方式为：根据所述动力土反力曲线，获得导管或者表层套管在耦合土反力作用下的管柱动力学分析模型；将第一应力响应时间历程作为初始值，结合井口和管柱之间的连续性条件，根据耦合
土反力的所述管柱动力学分析模型，结合所述折减系数，迭代求解所述管柱动力学分析模型，获得沿管柱深度变化的各位置的应力响应时间历程，得到第二应力响应时间历程。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述第一应力响应时间历程的获取方法为：根据波浪谱模型生成时域随机波高，获得隔水管底部的动态载荷时程；建立包括水下防喷器、井口、导管和表层套管的有限元模型，在有限元模型上施加所述隔水管底部传递到井口的动态载荷时程，然后进行有限元分析，获得所述导管和表层套管的第一应力响应时间历程。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述疲劳寿命预测的方法为：根据第二应力响应时间历程，在有限元模型中，计算临界面上的法向正应变、剪应变、正应力、切应力；针对导管或者表层套管整体结构以及焊缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏堪华，李猛，徐建根，李昊，齐成伟，刘继林，万立夫，石丽，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：