钻井隔水管接头结构参数对其强度的影响研究.pdf

2 0 1 5年第 4 3卷第 4期 石 油机械 C H1 NA PE TROL EUM MACHI NERY ●海 洋石 油装备 钻井隔水管接头结构参数对其强度的影响研究 庹 鑫 段梦兰 刘秉奇 周性坤 刘 尧 1 ．中国石 油大学 北京 海洋油气研 究 中心2 ．长“L T - 大学 摘要 针对深水钻井隔水 管快速连接接头在 复杂环境载荷作用下容易发 生强度破坏的问题 ， 采用 A N S Y S软件建立 了双卡簧式快速连接接头有限元计算模型，并结合隔水管在波流耦合作用下 的整体 瞬态动力响应结果对其进行强度分析 ，研 究 了接头结构参数对其 强度的影响规律。分析结 果表 明，隔水管快速连接接头最大应力 出现在外接头和上卡簧接触 的下部位 置，最大应力 可达 2 5 5 MP a ，满足结构强度要求；双卡簧受力情况为上卡簧受力比下卡簧普遍要大，另外 ，双卡簧在 顶部和右下角处容易产生较 明显的应力集中现象。左端 面倾角 、右端面倾 角和倒角半径对隔水管 接头最大应力的影响非常显著。考 虑到实 际情况 ，接头左 、右端 面倾角最优值分别 为 5 0 。 和 1 5 。 ， 而其倒角半径 的最优值为 2 mm。该分析结果可为深水钻井隔水管快速接头的设计提供参考。 关键词深水 ；钻井隔水管；连接接头；结构参数；耦合作用 ；有 限元 中图分类号 T E 9 5 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 1 6 0 8 2 ／ j ． c n k i ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 1 3 Re s e a r c h o n Ef f e c t s o f Dr i l l i n g Ri s e r Co u pl i ng St r uc t ur a l Pa r a m e t e r s o n I t s St r e n g t h Tu o Xi n Du a n Me ng l a n Li u Bi n g q i 。Zh o u Xi n g k u n L i u Ya o 1 ． O f f s h o r e O i l G a s R e s e a r c h C e n t e r ，C h i n a U n i v e r s i t y o fP e t r o l e u m B e lti n g ；2 ． Y a n g t z e U n i v e r s i t y Abs t r a c t De e p wa t e r d ril l i n g ris e r qu i c k c o u p l i n g i s p r o n e t o s u f f e r i ng s t r e n g t h f a i l u r e un d e r c o mpl e x e n v i r o n - me n t a l l o a d s ． Th e fin i t e e l e me nt mo d e l f o r d o u b l e - c l a mp s prin g q u i c k c o u p l i n g i s e s t a b l i s h e d b y u s i ng ANS YS s o ft wa r e ． S t r e n g t h a n a l y s i s i s c a r r i e d o u t f o r t he q u i c k c o up l i n g b a s e d o n t h e r e s u l t s o f i n s t a n t a n e o u s d y n a mi c r e s p o n s e f o r t h e r i s e r un d e r wa v e c u r r e n t c o u p l i n g e f f e c t ． Th i s p a p e r f o c u s e s o n t h e i n flu e n c i n g r u l e o f s t r u c t u r a l pa r a me t e r s o n t h e c o u pl i n g s t r e n g t h． Th e a n a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t ma x i mum s t r e s s o f t he q u i c k c o u p l i n g o c c u r s i n t h e l o we r po s i t i o n o f c o n t a c t be t we e n e x t e r n a l c o u p l i n g a n d t h e u p p e r c l a mp s p r i n g， whi c h c a n b e u p t o 2 5 5 MPa a n d me e t s t ruc t u r e s t r e n g t h r e q u i r e me n t s ；i n a d d i t i o n，d o u b l e c l a mp s p r i n g s e a s i l y c a u s e s i g n i fi c a n t s t r e s s c o n c e n t r a t i o n o n t h e t o p a n d i n t h e l o we r ri g h t c o r n e r ． L e ft e n d f a c e i n c l i n a t i o n，r i g h t e n d f a c e i n c l i n a t i o n a n d fi l l e t r a d i u s p l a y a v e r y s i g n i fi c a n t e f f e c t o n ma x i mu m s t r e s s o f t he ris e r c o u p l i n g ． Ba s e d o n a c t u a l c o nd i t i o n s ， t h e o p t i ma l v a l u e i s 5 0。 a n d 1 5。r e s p e c t i v e l y f o r l e ft a n d fig h t e n d f a c e i n c l i n a t i o n wh i l e t he o p t i ma l v a l u e i s 2 mm for fil l e t r a d i u s o f t h e c o u pl i n g ． Ke y wor dsde e p wa t e r ； d r i l l i ng r i s e r ； c o u p l i n g； s t r uc t u r a l p a r a me t e r s ； c o u p l i n g a c t i o n； fin i t e e l e me nt 0 引 言 钻井隔水管是连接海底井 口与钻井船 的重要部 件 ，是为了避免发生海洋钻井事故的主要安全结构 之一 ⋯。钻井用 隔水管 主要 由通过接 头连接 的隔 水管单根组成。隔水管接头具有连接 隔水管串、固 定辅助管线 、隔离管 内外高压钻井液和海水等多种 用途 。其相关技术 和产 品被 国外专业 公 司垄断 多年 ，目前国内的研究仍然处于落后状态。我 国近 基金项 目国家 9 7 3计划项 目 “ 深海柔性结构 的非线性流 固耦合振动与破坏机理” 2 0 1 1 C B 0 1 3 7 0 2 。