吸力锚负压沉贯渗流场有限元分析.pdf

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1、2014年第43卷石油矿场机械第1期第20页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：100卜3482(2O14)01—0020—05吸力锚负压沉贯渗流场有限元分析程光明。段梦兰。郭磊，曾霞光，张新虎，王飞(1．中国石油大学(北京)海洋油气研究中心，北京102249；2．中海油田服务股份有限公司，河北廊坊065201)摘要：吸力锚的负压沉贯安装是其主要特征，对吸力锚承载能力的分析必须要考虑负压沉贯的影响。负压沉贯过程中，吸力锚内部和外部邻近区域土体内的孔隙水在水头差作用下，产生渗流场。由于渗流的作用，土体强度可能发生变化，研

2、究吸力沉贯过程中的渗流现象具有重要意义。通过将有限元分析结果与其他学者的试验结果进行对比分析，指出负压安装过程中影响吸力锚内部水力梯度的因素，并分析了渗流对于土体性质的影响规律。关键词：吸力锚；负压沉贯；渗流；水力梯度中图分类号：TE953文献标识码：A]]]]]FiniteElementAnalysisofSeepageDuringInstallationofSuctionAnchorCHENGGuang—ruing，DUANMeng—lan，GUOLei，ZENGXia—guang，ZHANGXin—hu，WANGFei(

3、1．OffshoreOil&GasResearchCenter，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；2．ChinaOilfieldServicesLimited，Lang{ang065201，China)窦益华，胡洪涛，赖茂宏，等．井下工具零件应力分析4结论[J]．石油矿场机械，1995，34(2)：32—37．1)钢丝作业工具在井筒中下行时，由于气流杨树人，金卓，常敏．旋流扶正器作用下环空中气液两速率增加，工具周围气体流速增大、压力减小；且不相螺旋流场压降研究[J]．

4、石油矿场机械，2012，41(7)：同气体流速下钢丝工具凹陷处压力小；气体流速越15—18．大，前部和尾部的压力越大，而凹陷处压力越小。聂飞朋，孙宝全，李治军，等．大港油田滩海地区电泵井2)钢丝工具匀速下行时，气体通过钢丝工具井下安全控制系统研制[J]．石油矿场机械，201l，4O(1)：8O83．与井筒之间窄缝处气体速度急剧增大；气体流速增加，井筒内侧工具周围气体速度更大，而工具后稍远沈雪明．完井作业中的钢丝打捞操作I-J]．中国海上油离尾部区域气体速度变化不大；靠近工具尾部区域气工程，1996(5)：32—37．产生扰流。

5、李晓伟．理想气体中运动物体的阻力分析I-J]．赤峰学院学报，2012(23)：1-2．参考文献：卞保民，贺安之，李振华，等．理想气体一维不定常流自[13刘文喜，张鹏，韩侠．井下工具可靠性设计[J]．石油矿模拟运动的基本微分方程[J]．物理学报，2005(12)：场机械，2009，38(7)：56—59．24—29．收稿日期：2013—07—05基金项目：国家自然科学基金项目“自升式钻井平台桩靴拔桩过程中非线性桩土作用机理研究”(51979214)；国家科技重大专项“深水水下应急维修装备与技术”子课题“深水水下应急维修方法研究与

6、半物理仿真系统研制”(2011ZX05027—005—001)作者简介：程光明(1981一)，男，河北邯郸人，博士研究生，主要从事海洋石油装备设计及理论研究，E～mail：guangmingshou@163．corn·22·石油矿场机械2014年1月+十·‘+十一0u(5)l数学模型的建立压力梯度是产生渗流的原因，锚体会对渗流产生阻断作用。吸力锚安装过程中，负压随安装时间变化，锚体入泥深度随时间不断增加，这2个因素作为渗流的边界条件，处于连续的变化状态，导致渗流场处在一个连续变化的过程中。采用有限元软件对该连续的渗流过程进行仿

7、真是很困难的。因此，通常将吸力锚安装过程按照锚体入泥深度分成很多个阶段，将每个阶段中的渗流假设为稳态渗流进行分析，最后将这些阶段组合，完成对整个安装过程的渗流仿真。图3试验模型的简化稳定渗流的连续性方程是由质量守恒定律推导250mm深的水压相对于安装负压来说可以忽出来的，该方程说明流体在渗透介质中流动时，其质略不计。因而，对于本问题中任意时刻的稳态渗流，量不会发生变化。假设流体为不可压缩的均质液体，得到的连续性方程为边界条件为一0，当r一0，r===r⋯(6)az+警a+警az一0(⋯1)一0，当r—rID且Y≤≤0式中：、、

8、分别为沿坐标轴方向的渗透速度一0，当r—rOD且Y≤≤0分量。一0，当Y—Y⋯根据达西渗透定律，有y一0，当Y：Yp且，I1]