剪切流作用下隔水管涡激振动响应机理.pdf

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1、石油勘探与开发2015年2月PETRoLEUMEXPL0RATIoNANDDEVELOPMENTVo1．42NO．11Ol文章编号：1000—0747(2015)01—0101-06DOI：10．11698／PED．2015．01．13剪切流作用下隔水管涡激振动响应机理毛良杰，刘清友，周守为，一，姜伟1,2，刘正礼，彭涛4(1．油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)；2．中国海洋石油总公司；3．中海石油(中国)有限公司深圳分公司；4．海洋工程国家重点实验室(上海交通大学))基金项目：国家自然科学基金“基于钻井系统动力学的深海钻井升沉补偿系统机理研究”(5127417

2、1)；国家科技重大专项“深水油气井测试关键技术研究”(2011ZX05026—001—07)摘要：开展剪切流作用下隔水管涡激振动实验，分析剪切流作用下隔水管涡激振动特征参数及振动响应机理。实验中基于光纤光栅传感器测试技术采集剪切流作用下隔水管在流向和横向的涡激振动响应，实验数据处理时消除了实测信号中隔水管轴向预张力的影响并采用模态分析法求取隔水管位移响应。实验数据分析表明，剪切流作用下：隔水管不同位置处同一方向涡激振动响应频率一致；涡激振动锁定现象发生在涡泄频率对应的最大阶次固有频率附近且涡激振动受该阶次固有频率主导；受模态竞争的影响，剪切流涡激振动呈现多频响应形式；隔水管在流

3、向的主导频率是横向主导频率的2倍；受相位角影响，实验中隔水管单个振动周期的运动轨迹呈扁斜⋯8’字形，多个轨迹重叠后呈“新月”形。图8表1参27关键词：隔水管；剪切流；涡激振动；模态分析法；深水钻井中图分类号：TE52文献标识码：AV0rtex．inducedvibrationmechanismofdrillingriserundershearflOWMaoLiangjie，LiuQingyou，ZhouShouwei’。，JiangWlej’。，LiuZhengli，PengTao(1．StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologya

4、ndExploitation(SouthwestPetroleumUniversity)，Chengdu610500，China；2．ChinaNationalOffshoreOilCorporation，Beij'ing100010，China；3．ShenzhenCompanyofCNOOC，Shenzhen518067，China；4．StateKeyLaboratoryofOceanEngineering(ShanghaiJiaoTongUniversity)，Shanghai200240，China)Abstract：Vortex—inducedvibrationof

5、thedrillingriserundershearflowwasstudiedbyexperimentalmethod，andthecharacteristicparametersofvortex—inducedvibrationunder伽eshearflowwereobtained．Thevo~ex—inducedvibrationresponseinbothin-lineandcross—flowdirectionswerecapturedbymeasuringtechniquebasedonthefiberBragg．Theinfluenceofthepre—tens

6、ionduringtheexperimentwaseliminatedandtheexperimentaldatawasanalyzedbymodalanalysismethod．Resultsshowthat，undertheshearflow,thedominantfrequenciesofthedrillingriseratdiferentlocationsarethesame，howeverthesheddingfrequenciesatdiferentlocationsarediferent；whenthevortexsheddingfrequencyiscloset

7、othemaximumorderofthenaturalfequencNthelock-inphenomenonOCCurS，andthedominantfrequencyequalstothisnaturalfrequency；thevortex—inducedvibrationcausedbyshearflowisintheformofmulti-modalfortheinfluenceofmodalcompetition；thein—linedirectionresponsefrequ