浮式钻井平台升沉运动分析_王维旭

２ 平台升沉动力模型
根据生产要求 ， 确定钻井深度 ， 按照钻机的钻探 配备好钻机之后 ， 即须设计相应的升沉补偿装 能力 ， 置 。 通过研究升沉 运 动 的 数 学 模 型 ， 计算确定升沉 补偿装置的主要参 数 ， 然后对其进行设计或根据这 些主要参数来选择升沉补偿装置 。 平台 在 水 中 所 受 的 海 洋 环 境 载 荷 有 风 力 、 海流 波浪力等 ， 这些因素造成的海洋波浪通常可用周 力、 期、 振幅 、 波长 ３ 个参数描述 。 船体升沉位移是指平台或船体随海浪起伏而 下运动的位移 ， 它 由 波 高 及 船 体 或 平 台 的 类 型、 上、 结构 、 尺度等因素决定 ， 但它与波高是 ２ 个不同的概 念， 通常升沉位移要比波高小得多 。 在没 有 波 浪 时 ， 钻井船的重力和所受的浮力是 所以在计算 中 不 考 虑 钻 井 船 的 重 力 和 初 始 相等的 ， 浮力 ， 即， 如果没有 波 浪 等 对 钻 井 船 的 影 响 ， 则钻井 船是不运动的 。 如果 波 浪 具 有 ｘ 的 位 移 ， 则带动钻 井船产生 ｙ 的位移 ， 如图 ２ 所示 ，
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２ ０ １ １年 第４ ０卷 第９期 第３ ６页 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ １ ３ ４ ８ ２ ２ ０ １ １ ０ ９ ０ ０ ３ ６ ０ ３ － － －
石 油 矿 场 机 械 Ｏ Ｉ Ｌ Ｆ Ｉ Ｅ Ｌ Ｄ Ｅ Ｕ Ｉ ＰＭＥ Ｎ Ｔ Ｑ
（ ） ： ２ ０ １ １， ４ ０ ９ ３ ６～３ ８
１ 平台运动分析
［ ］ ２ ６ －
浮式钻井 平 台 （ 船） 作业时在海上处于漂浮状 在风浪等海洋 环 境 的 作 用 下 产 生 升 沉 、 摇 摆、 漂 态， 移等运动 ； 其与周围 海 水 组 成 了 无 穷 多 个 自 由 度 的 流体力学体系 ； 它在波浪下所产生的运动 ， 简化后可 以认为具有进 退 、 横 移、 升 沉、 横 摇、 纵 摇、 平摇等６ 个自由度的刚体来考虑 ， 如图 １ 所示 。
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平台 、 自升式钻井平台已难以满足深水的钻井要求 ， 目前 南 海 油 气 开 发 全 部 采 用 深 水 浮 式 钻 井 平 台 （ 。由 于 浮 式 钻 井 平 台 （ 船） 船） 在海上处于漂浮状 在风浪的影响下 ， 其无法像自升式等钻井平台一 态， 样保持完全固定 。 本文重点分析浮式钻井平台 （ 船） 在波浪下的升沉运 动 ， 以及波浪对钻井船的升沉影 响， 主要目的是计算出钻井船升沉与时间的关系 ， 找 为升沉补偿装置的设计提 出钻井船升沉的最 大 值 ， 供基本参数 ， 并为平 台 配 套 升 沉 补 偿 装 置 提 供 选 型 参考 。
摘要 ： 浮式钻井平台 （ 船） 在海上处于漂浮状态时 ， 由于风浪 的 作 用 会 产 生 升 沉 、 摇 摆、 漂 移 等 运 动。 重点分析了浮式钻井平台 （ 船） 的升沉运动特性并建立了运动数学模型 ， 阐述了其对钻井船的影响 ， 找出了钻井船升沉与波高 、 波浪周期的关系 ， 并通过深水工程勘察船的工程实例对上述理论进行了 验证 ， 为浮式平台配套升沉补偿装置的设计提供依据 。 关键词 ： 钻井平台 ； 波浪 ； 升沉补偿器 ； 运动学 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ９ ５ １ 文献标识码 ： Ａ
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参考文献 ： ［ ］ 陈志峰 ， 阮臣良 ， 等． 封隔尾管悬挂器 内 插 管 完 １ 郑晓志 ， ］ （ ） ： 井方案及应用 ［ 石油矿场机械 ， Ｊ ． ２ ０ １ ０， ３ ９ ６ ８ ５ ８ ７． － ［ ］ ］ 李 黔． 旋转尾管固井套管 扭 曲 失 稳 分 析 ［ ２ Ｊ ． 李 维， （ ） ： 石油矿场机械 ， ２ ０ ０ ８， ３ ７ ６ ４ ９ ５ ２． － ［ ］ 何元 东 ， 魏 英 杰． 环空压裂专用悬挂器研制与 ３ 赵社强 ， ］ （ ） ： 应用 ［ 石油矿场机械 ， Ｊ ． ２ ０ ０ ９， ３ ８ ４ ７ １ ７ ３． － ［ ］ 郭朝 辉 ， 杨 德 凯． 旋转尾管悬挂器轴承的研制 ４ 马兰荣 ， ］ （ ） ： 及性能试验 ［ 石油矿场机械 ， Ｊ ． ２ ０ ０ ９， ３ ８ ９ ６ ７ ７ ０． － ［ ］ 朱德 武 ， 马 兰 荣． 国外深井尾管悬挂器技术研 ５ 马开华 ， ］ （ ） ： 究新进展 ［ 石油钻探技术 ， Ｊ ． ２ ０ ０ ５， ３ ３ ５ ５ ２ ５ ５． － ［ ］ 弹塑性力学引论［ 北 京： 清华大学出版 ６ Ｍ］ ． 杨 桂 通．
等： 浮式钻井平台升沉运动分析 ０ 卷 第 ９ 期 王维旭 ， 第４
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浮式钻井平台升沉运动分析
王维旭 ， 周天明 ， 于兴军 ， 张 鹏
①
（ ） 宝鸡石油机械有限责任公司 ， 陕西 宝鸡 ７ ２ １ ０ ０ ２
２ ０ １ １ ０ ３ １ ４ ① 收稿日期 ： － － ） 国家科技重大专项课题 “ 深水工程勘察船及配套技术 ” 资助项目 （ ２ ０ ０ ８ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ２ ７ ０ ０ ４ 基金项目 ： － ， ： 王维旭 （ 男， 青海乐都人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事石油机械研究与开发工作 ， １ ９ ７ ８ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｈ ｗ ａ ｎ ｗ ｅ ｉ ｘ ｕ ２ ６． 作者简介 ： －） ＠１ ｑ ｇ ｃ ｏ ｍ。
我国南海和东海的广阔海域有着丰富的油气资 初步估计南海的地质石油储量可达 （ 源， ２． ３ ～３． ０）
］ １ ０ ［ 固定式钻井 ×１ ０ ｔ１ 。 南海 平 均 水 深 达 １ ２ ０ ０ ｍ，
不利于钻进 ， 可降低钻井质量及钻井效率 ， 而且在严 重情况下 ， 将使钻头脱离井底 ， 无法继续钻进 。 为了 提高钻井生产效率与质量 ， 必须研究 保证正常钻进 ， 解决浮式平台 （ 船） 在风浪下的升沉运动问题 。
社， ２ ０ ０ ４． ［ ］ 油气 井 杆 管 柱 力 学 及 应 用 ［ 北 京： 石油工 ７ Ｍ］ ． 李子丰 ． 业出版社 ， ２ ０ ０ ８． ［ ］ ］ 卡瓦 式 封 隔 器 在 井 下 的 受 力 分 析 ［ 石油钻 ８ Ｊ ． 刘占广 ． （ ） ： 采工艺 ， １ ９ ９ ４， １ ６ ５ ５ ３ ５ ９． － ［ ］ ９ ｏ ａ ｒ ｋ Ｒ． Ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａ ｓ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ［ Ｍ］ ． Ｎ ｅ ｗ Ｙ ｏ ｒ ｋ Ｒ （ ： ， ： Ｕ Ｓ Ａ） Ｍ ｃ Ｇ ｒ ａ ｗ－Ｈ ｉ ｌ ｌ Ｂ ｏ ｏ ｋ Ｃ ｏ ｍ ａ ｎ １ ９ ７ ５ ７ ３ １ ５ ４ ． － ｐ ｙ ［ ］ 胡安 涛， 赖 茂 宏， 等． 井下工具零件应力分析 １ ０ 窦益华 ， ［ ］ （ ） ： 石油矿场机械 ， Ｊ ． １ ９ ９ ５， ２ ４ ２ ３ ２ ３ ６． － ［ ］ ］ 尾套管悬挂器的结构和使 用 ［ 石油矿场机 １ １ Ｊ ． 田炳周 ． （ ） ： 械， １ ９ ８ ４， １ ３ ２ １ ２ １ ８． －