深水钻井隔水管-生产立管群干涉振动分析

当波浪、 洋流流经钻井隔水管或生产立管时,管体和附近的流体会发生强烈的相互干涉作用,使其振动特征远比单管或者双管情况更为复杂.目前针对大雷诺数条件下,实尺寸钻井隔水管和生产立管群之间双自由度耦合干涉振动问题的研究还未见相关报道.为此,利用ANSYS-Fluent平台建立二维实尺寸钻井隔水管和生产立管群数值模型,采用SST k-ω模型和嵌套网格技术对流场域进行求解,并运用四阶Runge-Kutta法求解多管柱系统动力响应控制方程,通过自编流固耦合求解程序,实现流体与管柱之间相互耦合计算.研究结果表明:约化速度对钻井隔水管与生产立管群系统的干涉振动响应影响显著,在实际工程中,可以通过调节钻井隔水管或生产立管顶张力大小等方式改变其固有频率,或调节外形尺寸等方式改变约化速度,从而使管体脱离锁振状态,降低振动幅度;井槽间距的变化对柱群动态干涉响应的影响较小;立管群之间的干涉效应较双立管系统干涉效应有所差别,体现在中心位置的隔水管振动特性介于孤立状态和串列状态之间.所得结论可为海洋平台钻井隔水管与生产立管之间的干涉振动分析提供理论依据.