[发明专利]一种深水钻井立管参数横力弯曲分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水钻井立管参数横力弯曲分析方法。

背景技术

深水钻井立管是深水海洋立管的一种主要类型，立管的下端与海底井口连接，管壁张力直接作用在井口上，而管内的流体源源不断地从海底穿过立管流向浮式平台。深水钻井立管两端通过柔性接头与海底井口和钻井平台柔性连接，深水钻井平台有半潜式和船形两种结构，它们的垂荡运动幅度较大，因此，引起钻井立管顶端产生较大的竖向位移。由于海洋环境荷载的作用，钻井立管将产生横力(浪流的作用方向垂直于立管轴线)弯曲，因此，立管顶端竖向位移的一部分引起立管轴向变形，另一部将引起立管弯曲变形(与压杆稳定问题相似)。

现有的深水钻井立管弯曲分析方法是建立在梁的复杂弯曲(考虑轴向力的横力弯曲)理论基础上的，即立管的弯曲变形仅仅是由垂直于立管的环境荷载(浪流荷载)引起的横力弯曲变形，即：

∂2∂x2(EI∂2y∂x2)-∂∂x(T∂y∂x)=q(x)---(1)]]>

式中：y为立管横向弯曲位移；

x为立管的轴向坐标；

EI为立管横截面抗弯刚度；

T为立管张力；

q(x)为作用在立管上的流体荷载。

式(1)是深水钻井立管的弯曲微分方程，它没有考虑立管顶端竖向位移引起的弯曲变形。对于具有较大长细比、从而柔性较大的深水钻井立管来说，这样的考虑是不合理的。

众所周知，当杆件的一端产生轴向位移时，在两种条件下，杆件将发生弯曲，一是端部的轴向位移较大，杆件的轴向变形不足以将端部的轴向位移全部转化为杆件的应变能；二是杆件的弯曲刚度较小或有初始弯曲变形。

现有的深水钻井立管参数横力弯曲分析方法的主要缺陷如下：

深水钻井立管的长细比较大(1000～5000)，因此，其轴向刚度和弯曲刚度均较小。而梁的复杂弯曲理论研究的杆件长细比(10～50)远远小于深水钻井立管，且传统的梁弯曲理论忽略轴向变形，因为，传统梁结构所受的轴向作用(力或位移)较小。但深水钻井立管的受力特点和边界条件与传统的梁结构和压杆稳定问题不同，深水钻井立管受轴向张力和横向荷载的作用，如果根据受力条件分析，除弯曲引起的两端相向位移外，不会产生其它因素引起的两端相向位移。但深水钻井立管的顶端却由于浮式平台的垂荡运动而产生较大的竖向位移，使立管两端产生相向位移(类似于受压杆)，且竖向位移的幅度已经超出了小变形范围(可达几米)。因此，现有技术不考虑立管顶端的竖向位移引起的弯曲，而采用梁的复杂弯曲理论分析深水钻井立管的弯曲问题，其分析结果是偏于不安全的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种深水钻井立管参数横力弯曲分析方法，使深水钻井立管的弯曲分析更加符合实际。

本发明的技术方案如下：一种深水钻井立管参数横力弯曲分析方法，该方法同时考虑环境荷载和立管顶端竖向位移，提供的深水钻井立管弯曲微分方程如下：