深水钻井隔水管“三分之一效应”的发现——基于海流作用下深水钻井隔水管变形特性理论及实验的研究

摘要

深水钻井隔水管是连接平台和水下井口的关键设施,其在海水中既受到海流等海洋环境的影响,同时也受到各种深水钻井工程因素的影响.深水钻井隔水管的受力和变形规律是深海钻井必须研究的重要理论问题和技术问题,它关系到隔水管的强度及其安全可靠性,同时也是隔水管结构设计、张紧力优化以及浮力块配置的依据.文中建立了深水钻井隔水管力学分析理论模型,并以“海洋石油981”平台结构及其钻井参数为基础,自主研制出了世界上首套基于钻井和海洋工况耦合作用下的深水钻井隔水管力学性能实验系统,并在上海交通大学海洋工程国家实验室完成了剪切流作用下的深水钻井隔水管力学性能实验.通过实验研究,发现了剪切流作用下深水钻井隔水管的“三分之一效应”,并通过力学模型分析以及材料力学基础理论进一步说明了“三分之一效应”,即在剪切流作用下深水钻井隔水管所受最大弯曲载荷在其上端三分之一左右处,所产生的最大变形出现在隔水管上端三分之一偏下位置.该发现对于深水钻井隔水管结构设计、张紧力优化、浮力块配置以及提高深水钻井安全提供了重要的理论支撑,具有重要的理论意义和实际应用价值.