深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析.pdf

第 4 l 卷 第 3期 2 01 3年 5月 石 油 钻 探 技 术 P E T R OL E UM D R I L L I N G T E C HNI QUE S Vo 1 ． 4 l No ． 3 M a v ， 2 O l 3 ． ． 深水钻井完井专题 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 0 5 深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析 张 磊，畅元江，刘秀全，刘 康，陈黎 明 中国石油大学 华东 海洋油气装备与安全技术研究 中心 ， 山东青 岛 2 6 6 5 8 0 摘要 深水钻井中， 若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离， 隔水管会反冲， 易导致钻井事故。为了解隔水管 紧急脱离后的反冲响应规律， 分析了隔水管反冲产生的原 因及反冲响应过程， 明确了隔水管反冲响应的机理和关 键影响因素。在此基础上， 建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型， 以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及 钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素 ， 基于 A NS YS有限元分析 软件， 建立了隔水管反冲响应分析模型， 并以 1 5 0 0 I n水深钻井中的隔水管为例， 计算、 分析了不同紧急脱离时刻和 顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明， 与防喷器紧急脱离后， 隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲， 伸缩节冲程减小。研究认为， 紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响， 因此应合理选 择紧急脱离时刻和顶部张紧力， 以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。 关键词 深水钻井 隔水管 防喷器 张紧器 反冲 钻井液 中图分类号 T E 9 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 3 0 3 0 0 2 5 0 6 Re c o i l Ana l y s i s f o r De e pwa t e r Dr i l l i ng Ri s e r a f t e r Eme r g e nc y Di s c 0 nn e c t i 0 n wi t h Bl o wo u t Pr e v e n t e r Z h a n g L e i ，C h a n g Y u a n j i a n g ，L i u X i u q u a n ， L i u K an g ， C h e n L i mi n g C e n t e r f o r O f f s h o r e En g i n e e r i n g a n d S n t y T e c h n o l o g y， C h i n a U n i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m Hu a d o n g ， Qi n g da o， 5 a n d o n g， 2 6 6 5 8 0， i n a Ab s t r a c t Du r i n g d e e p wa t e r d r i l l i n g p r o c e s s ， r e c o i 1 b e h a v i o r o f d r i l l i n g r i s e r wi l l O c c u r o n c e t h e l o we r ma r i n e r i s e r p a c k a g e i S q u i c k l y d i s c o n n e c t e d f r o m t h e b l o wo u t p r e v e n t e r 。 wh i c h c o u l d l c a d t o s e r i o u s d r i l l i n g a c c i d e n t s ． I n o r d e r t o u n d e r s t a n d r i s e r r e c o i l b e h a v i o r ， t h e r e a s o n f o r r i s e r r e c o i l a n d t h e r e c o i 1 p r o c e s s we r e a n a l y l z e d ， a n d t h e ma i n f a c t o r s t h a t i n f l u e n c e r i s e r r e c o i l r e s p o n s e we r e d e t e r mi n e d ． Ba s e d o n t h e s e s t u d i e s ． t h e a n a l y s i s mo d e l o f t h e t e n s i o n e r s y s t e m wa s b u i l t t o i n v e s t i g a t e t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t e n s i o n f o r c e a n d p i s t o n s t r o k e ． Dr i l l i n g f l u i d f l o w mo d e l wa s b u i l t t o wo r k o u t t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n f r i c t i o n f o r c e i mp a r t e d b y d r i l l i n g f l u i d o n r i s e r a n d t i me 。 Fi n a l l y， t h e mo d e l i n g me t h o d f o r ma i n i n f l u e n c e f a c t o r s i n f i n i t e e l e me n t s o f t wa r e wa s s t u d i e d， a n d t h e r e c o i 1 a n a l y s i s mo d e 1 wa s b u i l t i n ANS YS s o f t wa r e ． Ta k i n g t h e r i s e r i n 1 5 0 0 m d e e p wa t e r d r i l l i n g a s a n e x a mp l e 。 r i s e r r e c o i l r e s p o n s e a t d i f f e r e n t p o i n t s o f d i s c o n n e c t i o n a n d t o p t e n s i o n f o r c e s we r e c a l c u l a t e d a n d a n a l y z e d ．Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e r i s e r r e c o i l e d u p wa r d q u i c k l y a f t e r b e i n g d i s c o n n e c t e d f r o m b l o wo u t p r e v e n t e r u n d e r t h e e f f e c t o f t o p t e n s i o n 。 r e s u l t i n g i n s i g n i f i c a n t s h o r t e n i n g o f t e l e s c o p i c o i n t s t r o k e ． Th e r i s e r r e e o i l r e s p o n s e wa s h e a v i l y d e p e n d e n t o n t h e p o i n t o f d i s c o n n e c t i o n a n d t o p t e n s i o n f o r c e ． Pr o p e r t i mi n g o f d i s c o n n e c t i o n a n d t o p t e n s i o n f o r c e c o u l d r e s u l t i n a s e n s i b l e r i s e r r e c o i l r e s p o n s e ， e n s u r i n g o p e r a t i o n s a f e t y o f d e e p wa t e r d r i l l i n g r i s e r ． Ke y wo r d s d e e p wa t e r d r i l l i n g； r i s e r p i p e ； b l o wo u t p r e v e n t e r ； r i s e r t e n s i o n e r ；r e c o i l ； d r i l l i n g f l u i d 1 概述 在恶劣天气等情况下 ， 为确保深水钻井隔水管 及井口的安全， 须采取临时弃井的措施， 底部隔水管 总成 1 o w e r ma r i n e r i s e r p a c k a g e ， L MR P 与防喷器 b l o w o u t p r e v e n t e r ， B OP 紧急脱离后 ， 储存 在隔 水管系统中的巨大势能将 释放 出来 ， 使 隔水管出现 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 3 0 1 ； 改回 日期 2 0 1 3 0 5 0 2 。 作者 简介 张磊 1 9 8 8 一 ， 男， 山东德 州人 ， 2 0 1 1年毕业 于 中国 石油大学 华 东 机械设计制造及其 自动化专业 ， 在读硕士研 究生， 研 究方向为深水海洋油气装备技术 。 联 系方式 0 5 3 2 8 6 9 8 3 3 9 4 ， u p c s t o n e 1 6 3 ． C O I T I 。 基金项 目 国家科技重大专项子课 题“ 深水钻 完井工程技术” 编 号 2 0 1 1 Z X 0 5 0 2 6 0 0 1 0 5 、 教 育部“ 长江 学者和创新 团队发展计 划” 项 目“ 海 洋油 气井钻 完井理论与_7 - 程 ” 编号 1 R T1 0 8 6 、 中央 高校基 本科研业务 费专项资金资助项 目 编号 1 1 C X0 5 0 0 9 A 资助。 石 油 钻 探 技 术 反冲， 可导致钻井船发生灾难性事故 。因此， 控制隔 水管紧急脱离防喷器发生的反冲是深水钻井面临的 技术难题之一 ， 而进行隔水管反冲响应分析， 目的是 明确隔水管反冲响应 的过程 和关键影响因素 ， 建立 隔水管反冲响应分析模型 ， 并确定不 同条件下隔水 管紧急脱离后的轴向运动响应 ， 这对于保证 紧急脱 离条件下深水钻井 隔水管系统的作业安全 ， 避免隔 水管反冲带来的危害具有重要意义 。 对于紧急脱离隔水管反冲响应的仿真分析 ， 主 要要考虑的因素包括张紧器系统、 反冲控制系统 、 隔 水管配置及隔水管 内钻井液摩擦力等[ 1 ] 。文献 [ 2 ] 对隔水管张紧器的工作原理进行 了研究 ， 指出隔水 管张紧器系统建模要考虑的因素 ， 并利用非线性方 程描述 了张紧器液压缸内压力与张紧器冲程之间的 关系； 文献E 3 ] 介绍了隔水管反冲响应分析方法研究 的最新进展 ， 初步探讨了利用有限元软件进行 隔水 管反冲响应分析的方法 ， 指 出在钻井船升沉运动 的 不同时刻 进行 紧急脱离 ， 隔水 管反 冲响应有很 大 差别 。 目前 ， 国内外有关隔水管反冲响应分析有限元 模型方面的文献 比较缺乏 ， 对隔水管反冲关键影响 因素的研究较少 。为了准确分析隔水管反冲响应规 律 ， 笔者在 已有研究成果的基础上 ， 建立了隔水管张 紧器及钻井液下泄问题分析模型， 识别张紧力 随活 塞冲程的变化规律及钻井液作用在隔水管上的摩擦 力随时间的变化规律 ， 基于 ANS YS有限元软件建 立了隔水 管反冲响应分析模型， 并以 1 5 0 0 m水深 钻井隔水管为例进行了反冲响应的仿真分析， 以对 深水钻井隔水管的应急决策提供参考。 2 隔水管反冲问题分析 2 ． 1 隔水管反冲产生的原 因 海洋油气勘探开发多使用动力定位钻井平台进 行钻井 。在动力定位系统失效或者出现极端天气的 情况下， 动力定位钻井装置无法保持其有效位置， 发 生漂移或驱离I 4 ] 。该情况下 ， 随着钻井平 台偏移距 离的不断增大， 将会导致隔水管上下挠性接头角度 与伸缩节冲程等超 出安全限制 、 隔水管与月池碰撞 以及水下 B O P处 出现极大拉力等严重后果 。为避 免损坏隔水管与井口， 需要执行紧急脱离程序， 关闭 井 口， 并断开 L MRP与 B O P的连接 ， 以避免出现大 的损失聊 。 由于隔水管抗弯曲能力很低 ， 必须对隔水管施 加张力用于承担隔水管重量 ， 同时增加隔水管横 向 刚度 ， 限制 由于波浪和海流作用力带来 的隔水管弯 曲变形。此外 ， 隔水管顶张力 的设 置必须保证 隔水 管底部挠性接头处的残余张力不小于 L MR P的湿 重 ， 以确保在恶劣海况条件下启动紧急脱离程序时 ， 能够安全提升隔水管 系统_ 6 ] 。随着作 业水深 的增 加 ， 隔水管系统与隔水管 内钻井液的总重量大大增 加 ， 钻井作业需要的隔水管顶部张紧力也大大增加 ， 储存在隔水管柱和张紧器中的能量十分巨大。隔水 管紧急脱离时 ， 通常没有足够时间来循环释放 隔水 管内的钻井液并填充海水， 同时降低张紧器张力设 置至安全范围。一旦 L MR P与 B O P紧急脱离 ， 在 隔水管顶张力作用下储存在隔水管系统 中的巨大势 能将会释放出来 ， 引起隔水管产生大的轴 向加 速度 和位移响应 ， 此即隔水管反冲[ 7 j 。 2 ． 2 隔水管反冲响应过程 紧急脱离后隔水管 的反冲响应是一个 非常复 杂的过程 ， 涉及 张紧器 、 隔水管 、 钻井 液及海水 等 的相互作用与耦合 ， 难 以精确 描述 。考 虑影 响隔 水管反冲响应的主要 因素 ， 反 冲响应 过程 主要包 括 以下 3部分|_ 8 ] 1 L MRP与 B O P断开连接后 ， 由 于隔水管底部过提力 引起 的张力波从隔水管底部 沿隔水管 向上传播 ， 隔水管伸长量消失 ， 隔水管 内 储存的弹性势 能释放 ； 2 紧急脱 离后隔水 管底部 呈开 口状 ， 隔水管 内钻井液不再受支撑 ， 由于 隔水 管 内外压 差 引起 的压 力波 沿钻井 液 液柱 向上传 播 ， 使 隔水管内的钻井液下泄入海水 ； 3 在隔水管 顶部张紧力作用下 ， 隔水管加速 向上运动 ， 这是 隔 水管反冲的主要 阶段 。紧急脱离后 的隔水管反 冲 响应如图 1所示 ] 。 成 图 1 紧急脱离隔水管反冲响应示意 F i g ． 1 S c h e ma t i c o f ma r i n e r i s e r r e c o i l r e s p o n s e a f - t e r e me r g e nc y d i s c o n ne c t i o n 第 4 1卷第 3期 张磊等． 深水钻井隔水管与防喷器紧急脱 离后的反冲响应分析 ’2 7。 3 隔水管反冲响应分析模型 传统的有限元分析软件不能对液压元件进行仿 真 ， 因此 ， 笔者基于 ANS Y S有限元软件建立 了隔水 管反冲响应分析模型。 3 ． 1 隔水管张紧器 隔水管张紧系统通过伸缩节为隔水管顶部提供 垂 向张力 ， 以控制隔水管的应力和位移 ， 并能在浮体 作垂直和水平运动的情况下 ， 使 隔水管柱的张力基 本保持恒定 ， 不致使它出现弯曲、 扭转等损坏。 目前 隔水管张紧器主要有 2种类型 一种是传统的钢丝 绳式张紧器 ， 一种是直接作用式张紧器。两种张紧 器的基本结构相同 ， 包括液压缸 、 气 液 蓄能器 、 高 压空气瓶及控制阀等L 9 ] 。 张紧力大小及张紧力随活塞冲程的变化规律是 张紧器的主要参数。以直接作用式张紧器为研究对 象 ， 建立 了张 紧力 计 算模 型。模 型 假设 如 下[ ] 1 忽略张紧器中气体在状态变化时与外界发生的热 交换 ， 即气体符合绝热状态变化规律 ； 2 油液质量 、 活塞及活塞杆质量可以忽略 ； 3 由于张紧器 中的液 体与气体相 比可压缩性小很多 ， 分析时认 为张紧器 中的液体不可压缩 ； 4 不考虑管路流量损失 ， 不考虑 液压缸内外泄漏。 张紧力由液压缸活塞两端的压力差提供。忽略 液压缸内摩擦力及液压管线压降 ， 可得张紧器活塞 上的张紧力为 F t 一 嵩A 一 A 1 式中 F 为张紧器活塞上的张紧力 ， N； 为高压气 体压力 ， P a ； 为高压气体体积， m 。 ； 为低压氮气 气体压力 ， P a ； V g 为低压氮气气体体 积， m。 ； A ， A。 分别为活塞有杆端和无杆端面积 ， r n 。 ； z 。 为液压缸 活塞相对缸体的位移， 方 向取 向上为正 ， m； 为气 体常数。 从式 1 可以看出， 由于气体存在可压缩性， 张 紧力 F 与活塞位移 的关 系是非线性 的。对 式 1 在平衡点 92 0 处作泰勒展开， 略去高次项， 得 到线性化的张紧力计算式为 F t 一 A 一 P gtA ～ 一 2 根据式 1 和 2 ， 可计算得到不同活塞位移时 张紧力 的大小 ， 进而作 出张紧力随冲程非线性和线 性变化的曲线 以及 张紧力不随冲程变化的曲线 ， 如 图 2所示 。 至 、 鳊 妊 精 燃 化 ＼ 图 2 张紧力随冲程变化的规律 Fi g ． 2 Re l a t i o ns hi p b e t we e n t e ns i o n f o r c e a nd t e ns i o ne r s t r o ke 从图 2可 以看出， 活塞杆上的张紧力 随活塞位 置的变化是非线性 的， 但线性化的张紧力变化曲线 与非线性变化 曲线基本拟合 。 3 ． 2 钻井液下泄 隔水管紧急脱离时 ， 操作人员没有足够的时间 来回收钻井液 ， 钻井液被 留在 隔水管内。隔水管 内 钻井液 的 密度 通 常 比隔水 管外 海水 的密度 大 很 多 ， 在隔水管底部 ， 隔水管 内钻井液 和隔水 管外 海 水之 间存 在很 大 的压 力差 。L MRP与 B OP脱 离 后 ， 隔水管内钻井液不再受支撑 ， 钻井液从 隔水管 内下泄人海水 。 钻井液下泄时作用在 隔水 管上 的 摩擦力随时间的变化规律对 隔水管反 冲响应有 重 要影响I 1 1 ] 。 假设隔水管是等截面直管 ， 将隔水管 内钻井液 看作整体液柱进行受力分析 ， 并建立钻井液下泄过 程 中液柱受力分析模型， 如图 3 所示 图 3中， G m为 钻井液液柱重力， N； F d为液柱与隔水管之间的摩 图 3 钻井液液柱受力分析模型 Fi g ． 3 F o r c e a n a l y s i s mo d e l o f d r i l l i n g flu i d c o l u mn 2 8 石 油 钻 探 技 术 擦力 ， N； F m 为液柱进人海水受到的迎面阻力， N； F b 为液柱底部受到的海水压力 ， N 。紧急脱离前隔水 管内充满钻井液 ， 时间 t -- - 0时 L MR P与 B OP实现 脱离 ， 钻井液开始下泄人海水 ， 经过一段时间流动后 隔水管底部 内外压力差为 0 ， 钻井液液柱受力达到 平衡状态 ， 流动停止 。 钻井液在隔水管中下泄时的压力降用式 3 进 行计算 。 Ap 3 式中 A p为钻井液在隔水管 中下 泄时产生 的压力 降， P a ； X 为达西摩擦系数； z 为管线长度， m； d为管 线直径， m； p 为液体密度， k g ／ m 。 ； 为管内液体的平 均流速 ， m／ s 。 的计算与管内液体流动状态有关。当钻井液 流动状态为层流时， 的计算式为 6 4 4 当钻井液流动状态为紊流时， 的计算式为 一 5 式中 R e 为非牛顿流体在管道中流动的雷诺数； a ， b 为与液体流动特性有关的系数_ 1 引。 根据式 3 计算钻井液下泄时的压力降， 需首先 根据 雷 诺 数 Re判 断 液 体 流动 状 态是 层 流 还 是 紊流 。 基于建立 的钻井液下泄问题分析模型， 对钻井 液的液柱高度和摩擦力进行了计算 。取钻井液密度 为 1 7 9 7 ． 5 k g ／ m。 ， 钻井液液柱长度为 1 5 0 0 m， 海 水密度为 1 0 2 5 k g ／ m。 ， 计算钻井液液柱高度及钻 井液作用在隔水管上的摩擦力大小随时间的变化规 律 ， 结果如图 4所示。 液的液柱高度减小至 8 5 5 m， 隔水管底部 内外压差 达到平衡 ， 钻井液流动停止 。实际上， 由于钻井液的 惯性作 用， 钻井液 的液柱高度减 小至 8 5 5 1T I 时， 钻 井液液柱 的下 降速度和钻井液的摩擦力并不为 0 ， 笔者在分析时忽略了钻井液的惯性作用 。钻井液下 泄过程中， 摩擦力最大可达 1 2 2 0 k N， 约为钻井液 总重量 5 9 0 0 k N 的 2 O 。由此可见 ， 钻井液摩擦 力的大小对隔水管的反冲响应有重要影响， 必须予 以考虑。图 4的分析结果为基于 A NS YS软件建立 隔水管反冲响应分析模型提供了基础。 3 ． 3 基于 A NS Y S的隔水管反冲响应分析模型 利用 ANS YS分析隔水管反冲响应时 ， 张紧器 的建模与钻井液的下泄问题分析是难点 。在张紧器 建模方面， 根据图 2 得到的规律 ， 利用非线性弹簧单 元 C OMB I N3 9 对 张紧器进行模拟， 单元 的力一 变形 曲线根据张紧力随冲程的变化规律进行输入， 伸缩 节冲程变化近似于张紧器活塞冲程变化 ； 在钻井液 下泄问题方 面， ANS YS有 3种方法定 义随时间变 化的载荷 ， 分别是定义多载荷步、 采用表载荷和利用 函数工具 ， 采用表载荷方式加载钻井液摩擦力 ， 在 ANS YS隔水管模型底部施加表载荷 F a 将 图 4得 到的随 时 间变化 的钻 井液 摩擦 力 定义 为 表载 荷 F a ； 在 隔 水 管 系统 建 模 方 面 ， 采 用 浸 没 管 单 元 P I P E 5 9 建立隔水管系统 自 L MR P至伸缩节外筒的 有限元模型。P I P E 5 9单元可以承受张力 、 压力、 扭 转和弯曲， 且能够模拟海洋波浪和水流对杆件 的作 用力 ， 能够方便地对隔水管结构进行模拟。钻井船 升沉运动 以动边界形式施加于弹簧单元 ， 采用时域 有限元方法对紧急脱离后 的隔水管进行动力分析。 分析初始 阶段隔水管底部采用 固支约束 ， 隔水管底 部与井 口连接 ， 在某个时刻删除底部固定约束， L M R P与 B OP紧急脱离 ， 隔水管在顶部张紧力作用下 开始反冲。 4 实例计算 4 ． 1 隔水管系统配置 H lig ／ s 模拟南海某海域的环境条件 ， 以 1 5 0 0 m 水深 图4 钻井液液柱高度和摩擦力随时间变化的规律 隔水管为例进行隔水管反冲响应计算 ， 隔水管配置 F i g ． 4 V a r i a t i o n o f d r i l l i n g f l u i d c o l u m n h e i g h t a n d 见表 1 。此外， 伸缩节冲程为 2 0 m； 零 冲程位置张紧 f r ic t io n f o r c e V S ． t i m e 器系统提供的顶张力为 3 ． 2 4 1 0 N， 张紧器系统 从 图 4可以看 出， 紧急脱离发生 2 6 s后， 钻井 刚度为 5 0 k N／ m； 隔水管 内充 满钻井液 ， 钻井液密 ， ＼ R糍髑 0 O O ∞ 如 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ㈨ ㈨ 咖 ㈣ 伽 枷 。 姗 伽 瑚 ㈣ 咖 蝴 ＼ 恒堪挺 第4 1 卷第 3期 张磊等． 深水钻井隔水管与防喷器紧急脱 离后的反冲响应分析 度为 1 7 9 7 ． 5 k g ／ m。 ； 钻井船升沉运动幅值为 1 0 m， 周期为 1 0 S 。 表 1 隔水管系统配置 Ta bl e 1 Ri s e r s y s t e m c o nf i g ur a t i o n 4 ． 2 隔水管反冲响应计算 根据 4 ． 1节 给 出的 隔水 管 系 统 配 置及 张 紧 力 、 钻井液密度等参数 ， 建立 隔水 管反冲响应分析 模型 ， 计算 紧急脱 离时刻 与钻井 船升沉 运动 相位 差 为 0 。 ， 9 0 。 ， 1 8 0 。 和 2 7 0 。 时的隔水管 顶部位 移 响 应 曲线和伸缩节 冲程变 化曲线 ， 结果分别 如 图 5 、 图 6所 示 。 图 5 隔水管顶部位移 响应 曲线 Fi g ．5 Re s po n s e c ur v e o f r i ser t o p di s pl a c e me nt ～／ ‘ 1 8。相位差脱离 ＼ 、 ，／＼ ． 。相位 差脱离 V V _零 相 位 差 脱 ． ． ． 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 时间／ s 井船一起升沉 。从 图 6可以看 出， 紧急脱离后 伸缩 节冲程迅速减小 ， 为研究不 同脱离 时刻对伸缩节冲 程变化规律的影响， 作 出了伸缩节冲程为负值 的曲 线部分 ， 实际伸缩节许用冲程不能小于 0 。 基于隔水管反冲响应分析模型， 计算不同顶张 力条件下的紧急脱离隔水管顶部位移响应曲线 ， 结 果 如 图 7所示 。 图 7 不 同顶 张力下的隔水管顶部位移 响应 曲线 F i g ． 7 Ri s e r t o p d i s p l a c e me n t s r espo n s e u n d e r d i f f e r e n t t e n s i o n f o r c e s 从图 7可 以看 出， 当顶 张力较大时 ， 隔水管顶 部在较短 时间 内到达钻井 船位置 ， 与钻 井船 一起 升沉 ， 且顶张力 越大 隔水管顶部 到达钻 井船 位置 所需要 的时间越短 ， 隔水管对钻井船 的冲击越 大。 当顶张力较小时 ， 隔水管不能被锁紧在钻井 船上 ， 隔水管向上 运动一 段时 间后 下落 ， 这是 由 于随着 钻井液作用 在隔水 管上 的摩擦力增 大 ， 在钻 井液 摩擦力和 隔水 管重 力 的作用 下 ， 隔水管 产生 向下 的加速度和速度 。 比较不 同脱离时刻和不同顶张力条件下的隔水 管反冲响应 曲线可 以看出， 紧急脱离时刻和顶部 张 紧力对隔水管反 冲响应有重要影响。由图 5 ～7得 到的隔水管反冲响应规律 ， 与国外研究结果是一致 的[ 3 ] 。为防止隔水管紧急脱离后反冲带来的危害， 必须为张紧器安装反冲控制系统 。笔者未考虑反冲 控制系统的影响， 未来可以在建立 的隔水管反 冲响 应分析模型的基础上 ， 对反冲控制系统作用下 的隔 水管反冲响应进行分 析， 为反 冲控制系统设计提供 参考。 图6伸 缩 节 冲 程 变 化 曲 线 5 结 论 F i g ． 6 R esp o n s e c u r v e o f t e l esc o p i c j o i n t s t r o k e 从 图 5可以看 出， 紧急脱离后隔水管在顶部张 紧力作用下加速向上反冲， 经过 1 0 S 左右隔水管顶 部到达钻井船位置 ， 隔水管被锁紧在钻井船上 ， 与钻 1 隔水管反冲响应过程主要包括 3个阶段 ， 分 别是隔水管弹性势能的释放 、 钻井液下泄和隔水管 在顶张力作用下的加速运动。隔水管反冲响应的主 加 0 g＼ 是好晕 石 油 钻 探 技 术 要影响因素为张紧器系统 、 反冲控制系统、 隔水管配 置及隔水管内钻井液的摩擦力 。 2 张紧力随活塞冲程变化的曲线 ， 可 以为张紧 力在有限元软件中的建模提供参考。钻井液下泄分 析模型的分析结果表明 ， 钻井液下泄时作用在隔水 管上的摩擦力随时间变化， 最大可达钻井液 总重量 的 2 O 。 3 不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的 反冲响应有很大差别 ， 建立的隔水管反冲响应分析 模型能够较好地描述隔水管反冲响应规律 。 参考文献 Re f e r e nc e s [ 1 ] Yo u n g R D， Ho c k C J ， Ka r l s e n G， e t a 1 ． An a l y s i s a n d d e s i g n o f a n t i r e c o i1 s y s t e m f o r e me r g e n c y d i s c o n n e c t o f a d e e p wa t e r r i s e r c a s e s t u d y [ R] ． OTC 6 8 9 1 ， 1 9 9 2 ． r 2 ] S t e n R， Ha n s e n M R， L a r s e n C M， e l a 1 ． F o r c e v a r i a t i o n s o n h e a v e c o mp e n s a t i n g s ys t e m f o r u | t r a - 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