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综述

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海洋钻井隔水管固有频率研究述评

李军强

(西安石油大学机械工程学院，陕西西安710065)

摘要：隔水管是海洋钻井中的关键设备之一，同时也是薄弱易损的构件之一。只有通过深入分析海洋钻井隔水管的振动固有频率，才能准确判断其强度、刚度和稳定性。通过对现有国内外大量文献的分析讨论，总结了国内外关于海洋钻井隔水管横向振动固有频率的研究成果，归纳了影响海洋钻井隔水管横向振动固有频率的几个主要因素，对今后的研究方向提出了一些建议。

关键词：海洋钻井；隔水管；固有频率；述评

中图分类号：TE951文献标志码：A文章编号：1007-4414(2014)03-0175-04

ReviewonResearchforNaturalFrequencyofMarineDrillingRiser

LIJun-qiang

(MechanicalEngineeringInstitute,XianShiyouUniversity,XianShaanxi710065,China)

Abstract:Themarineriserisoneofthekeyequipmentinmarinedrilling,butalsooneoftheweakestcomponentsofvulnera-bility.Itisonlytoanalyzeexhaustivelythevibrationnaturalfrequenciesoftheriserinthedeepwaterinordertodetermineac-curatelythestrength,dynamicstabilityandfatiguelife.Throughtheanalysisanddiscussiononpresentliteratures,there-searchresultsofthemarinedillingriservibrationinthedomesticandinternationalaresummarized,whichfocusingonmainlythevibrationnaturalfrequencies.Themaineffectingfactorsonthenaturalfrequencyoftransversevibrationofmarinedillingriserareconcluded.Thesuggestionsonfutureresearchdirectionareputforward.

Keywords:marinedrilling;marineriser;naturalfrequency;review

0引言

隔水管是海洋石油钻井中的关键设备，同时也是薄弱易损的构件之一。其内部有高压流体通过，外部则承受海风、波浪以及海流的作用，加上所连浮体的漂移存在，使得隔水管处于极其复杂的海洋环境中。由于载荷因素的多样性，作业过程的复杂性，自身结构的大变形非线性，分析方法的不确定性，以及实际动力响应的抽象性等，使得隔水管成为海洋石油装备开发的难点与重点。对海洋钻井隔水管系统进行动力学分析一直是海洋工程中的重要课题，国内外许多专家、学者进行了大量分析研究，取得了很多研究成果。笔者主要从海洋钻井隔水管横向振动固有频率方面对这些研究成果进行总结和分析讨论。

1文献研究成果总结

海洋钻井隔水管的固有频率分析是隔水管动力学分析的一个主要内容。在海洋钻井时，当隔水管横向振动固有频率与钻柱转速接近时，可能会使钻柱与隔水管发生谐振而引起隔水管发生严重偏磨；当隔水管横向振动固有频率与海流经过时产生的漩涡释放频率接近时，隔水管将发生涡激振动，即产生“锁定”

现象，使得隔水管疲劳寿命显著降低。因此精确计算隔水管横向振动固有频率对于合理选择钻井参数、避免隔水管的非正常破损和预测隔水管涡激响应、疲劳寿命具有重要意义。

文献[1]的研究结果表明，如果隔水管的顶端张力较小，当内流足够大时可显著降低隔水管的固有频率；而顶端张力较大时，管内流体产生的影响较小。

文献[2]推导出了工作在水深600英尺的钻井隔水管固有频率计算的解析式，并给出了隔水管固有频率的近似公式。该公式非常简便