具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管的製作方法
2023-09-16 01:38:30 2
專利名稱：具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管的製作方法
技術領域：
本發明屬於海洋石油鑽採裝備技術領域，涉及一種具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管。
背景技術：
海洋鑽井隔水管是海洋石油鑽採關鍵設備，具有隔水管管串之間連接、輔助管線支撐固定、海底鑽採裝備安裝、泥漿循環與海水隔離等多種用途。海洋鑽井隔水管外形通常為圓柱體，該形狀在海洋環境載荷波流的作用下容易發生振動。其振動機理為流體繞過隔水管時，將發生分離，從而在隔水管後面形成尾流區，並在一定條件下從結構兩側周期性地發生旋渦洩放現象。當旋渦洩放頻率接近於隔水管的某固有頻率時，將會出現「鎖定」現象，沿水流方向的振動和曳力增大，由此導致隔水管的大幅振動，這種由旋渦洩放激起的隔水管周期性振動即為渦激振動。如果這種振動處於定長狀態而連續發生，將導致隔水管疲勞破壞。目前，世界範圍內用於抑制渦激振動的設備主要包括Spar平臺和海底鋪設設備， 海洋鑽井隔水管上的應用未見相關技術。當前常見渦激抑制裝置包括螺旋列板(Helical Mrakes)，減振器(Fairings)等，上述兩種裝置實際操作中均存在一些問題螺旋列板對海流方向不敏感，但曳力較大，因此會引起隔水管流向位移增加，對應固定端彎矩隨之增加；減振器可以減小曳力載荷，但對海流方向較為敏感，只有海流方向與減振器對稱軸線方向平行時才能實現渦激的抑制。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管， 解決了現有技術中存在曳力載荷處理和對海流方向敏感之間的矛盾難以調和的問題，同時解決了隔水管渦激振動、隔水管主體碰撞損壞影響隔水管使用壽命的問題。本發明所採用的技術方案是，一種具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管，在海洋鑽井隔水管的主管體的外徑上環繞有一圈保護裝置主體，所有保護裝置主體穿有一緊固帶，緊固帶的兩端分別設置有一組銷軸，該兩組銷軸連接有緊固螺栓。本發明的海洋鑽井隔水管，其特徵還在於保護裝置主體外形輪廓為波狀圓柱形，保護裝置主體包括六個波狀筋板，每個保護裝置主體均設置有一個長條孔。緊固螺栓兩端分別設置為左、右旋螺紋，分別與兩端的銷軸螺紋連接。本發明的有益效果是，採用波狀圓柱形來解決隔水管裸單根工作時產生的渦激振動現象，主要實現兩種功能一是在隔水管外壁上設置多個波狀筋板，以抑制隔水管工作時的渦激振動，且波狀圓柱形具有抑制能力強、緩衝效果好的特點，並能有效提高隔水管工作強度；二是在隔水管外壁設置筋板，具有避免隔水管在調運、安裝過程中防碰效果，能夠起到良好的隔水管主體保護功能，結構新穎、性能可靠、重量輕、強度高、功能強大、連接迅速。
圖1是本發明海洋鑽井隔水管的結構示意圖；圖2是圖1中的保護裝置連接部位I處的局部放大圖；圖3是本發明海洋鑽井隔水管的實施例1截面示意圖；圖4是圖1中的A-A截面和圖3所述的實施例1中的B-B截面示意圖；圖5是本發明海洋鑽井隔水管的實施例2截面示意圖；圖6是本發明實施例2中的C-C截面示意圖；圖7是圖4和圖6中的A向示意圖。圖中，1.法蘭、2.輔助管線管體、3.主管體、4.保護裝置主體、5.緊固帶、6.銷軸、 7.緊固螺栓。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。如圖1、圖2，本發明的具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管，在現有隔水管主管體3的外徑上環繞有保護裝置主體4，保護裝置主體4通過緊固帶5、銷軸6 和緊固螺栓7安裝固定在隔水管裸單根或伸縮裝置上。緊固螺栓7兩端分別設置為左、右旋螺紋，能夠同時帶動兩端連接的銷軸6同時沿相反方向直線運動，從而實現快速緊固安裝與鬆脫拆卸。參照圖3-圖6，保護裝置主體4外形輪廓為波狀圓柱形，包括同心且徑向安裝的六個波狀筋板(六分片結構)，採用凱夫拉爾高強度纖維材料製作，保護裝置主體4的波狀圓柱形最大外徑Dmax與浮力塊外徑匹配以便下入工具通用；最小外徑Dmin大於法蘭外徑，因此隔水管下放與回收過程中，保護裝置主體4能保證保護隔水管，避免隔水管直接與卡盤、 月池等其他部件碰撞導致損壞，提高隔水管使用壽命，更重要的是其可以實現抑制渦激振動的功能，從而提高隔水管疲勞壽命。保護裝置主體4的外形為波狀圓柱形，其外表面直徑表示為Dy = Dm+2acos (2Y π / λ ),式中DY為高度為Y處的直徑，Dm為平均直徑，a為表面正弦曲線的振幅，Y為保護器的高度坐標，λ為波長。保護裝置主體4外形的波狀圓柱形根據需要設計為兩個、三個、 四個或多個波長的長度尺寸。如圖1、圖2所示，法蘭1與主管體3通過焊接相連，保護裝置主體4卡在主管體3 的外徑上，保護裝置主體4通過緊固帶5、銷軸6、緊固螺栓7安裝在隔水管裸單根或伸縮裝置上。工作時，首先將隔水管各輔助管線安裝好後，再逐次將保護裝置主體4的六個波狀筋板(六分片結構)安裝到各輔助管線位置上，同時將緊固帶5依次穿過保護裝置主體4的六個波狀筋板相應長條孔8中，旋轉緊固螺栓7就可將保護裝置主體4牢牢緊固在隔水管主管體3外圓上。利用試驗或有限元CFD模擬技術，可以驗證本專利渦激振動抑制的有效性，波狀圓柱的表面曲線結構使軸向各截面尾流漩渦形成、洩放的時間和位置發生變化，橫向各截面內的部分漩渦相互抵消，整個結構的漩渦洩放減弱、橫向振動受到抑制。
上述的隔水管保護裝置主體4為六個波狀筋板結構，各個分片結構完全相同，如圖3、圖4實施例1所示；為了對節流壓井等高壓管線實施更為嚴格的保護，隔水管保護裝置主體4也可以設置為圖5、圖6實施例2所示的對稱空心結構，將某些輔助管線在一定長度範圍內完全封閉起來，起到重點保護的作用。圖7表明保護裝置主體4的六個波狀筋板的相互連接的接觸面結構。保護裝置主體4的六個波狀筋板上均設計有方便安裝定位的T型臺階，利用該T型臺階可實現保護裝置主體4的六個波狀筋板依次快速安裝與定位。本發明的具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管，集抑制隔水管渦激振動和防碰保護兩種功能於一體，對海流方向不敏感，使得漩渦洩放減弱、橫向振動受到抑制，能明顯抑制隔水管渦激振動提高疲勞壽命，又可避免隔水管主體碰撞損壞提高隔水管使用壽命。
權利要求
1.一種具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管，其特徵在於在海洋鑽井隔水管的主管體C3)的外徑上環繞有一圈保護裝置主體G)，所有保護裝置主體(4)穿有一緊固帶(5)，緊固帶(5)的兩端分別設置有一組銷軸(6)，該兩組銷軸(6)連接有緊固螺栓⑵。
2.根據權利要求1所述的海洋鑽井隔水管，其特徵在於所述的保護裝置主體(4)外形輪廓為波狀圓柱形，保護裝置主體(4)包括六個波狀筋板，每個保護裝置主體(4)均設置有一個長條孔(8)。
3.根據權利要求1所述的海洋鑽井隔水管，其特徵在於所述的緊固螺栓(7)兩端分別設置為左、右旋螺紋，分別與兩端的銷軸(6)螺紋連接。
全文摘要
本發明公開了一種具有抑制渦激振動和防碰保護功能的海洋鑽井隔水管，在海洋鑽井隔水管的主管體的外徑上環繞有一保護裝置主體，保護裝置主體通過緊固帶、銷軸和緊固螺栓實現安裝固定；所述的保護裝置主體外形為波狀圓柱形，緊固帶依次穿過保護裝置主體的六個分片相應長條孔，緊固螺栓兩端分別設置為左、右旋螺紋，依次與兩端的銷軸螺紋連接。本發明的有益效果是，採用波狀圓柱形來解決隔水管裸單根工作時產生的渦激振動現象，主要實現兩種功能一是以抑制隔水管工作時的渦激振動，具有抑制能力強、緩衝效果好的特點，並能有效提高隔水管工作強度；二是具有避免隔水管在調運、安裝過程中防碰效果，能夠起到良好的隔水管主體保護功能。
文檔編號E21B17/10GK102278074SQ201110192970
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者王定亞, 王耀鋒, 陳才虎 申請人:寶雞石油機械有限責任公司