海洋钻井隔水管系统动力学行为研究

Dynamics of an Offshore Drilling Riser

李旭 朱志强 冯颖韬 赵琥 温达洋 山永林 林黎明

LI Xu ZHU Zhiqiang FENG Yingtao ZHAO Hu WEN Dayang SHAN Yonglin LIN Liming

准确把握隔水管系统的动力学行为特征是保障海洋钻井管柱系统安全性的基础。文章通过Hamilton原理建立了海洋钻井隔水管的动力学模型，通过引入弯曲梁单元的Hermite 三次插值函数作为形函数将动力学模型进行离散化，并进一步通过对质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵以及外力列向量的分类整合，最终形成了隔水管系统的整体限元模型。在此基础上，通过Newmark积分法对隔水管系统的动力学响应进行数值求解，并进一步探讨了不同参数对隔水管系统动力学行为的影响。通过数值模拟结果的对比发现，对于海洋环境载荷而言，海流力对隔水管偏移的影响要大于波浪力；隔水管的加厚和顶张力的提升都是控制隔水管振动和偏移的有效手段；此外，浮力 块提供的浮力越大，隔水管的弯曲应力和横向偏移也越大。因此，在确保满足海洋钻井平台提升能力的前提下，应尽量减小浮力块的使用数量。