多井口海洋立管群流固耦合动力学行为研究

多井口海洋立管群流固耦合动力学行为研究多井口海洋立管群是海上石油开采和输送的重要组成部分,对海上石油和天然气等生产运输过程起着非常关键的作用。然而由于其工作环境的复杂性和多变性,立管群的振动现象是难以

多井口海洋立管群流固耦合动力学行为研究 多井口海洋立管群是海上石油开采和输送的重要组成部分,对海上石油和天 然气等生产运输过程起着非常关键的作用。然而由于其工作环境的复杂性和多变 性,立管群的振动现象是难以避免的,这将导致立管发生疲劳失效,影响石油和天 然气的开采工作,严重时将会导致海上漏油事故发生,严重影响生态环境。 因此,多井口海洋立管群的振动和防控问题应该被受到重视。海洋立管的流 致振动是导致海洋立管失效的一个重要原因。 对管群类结构的流致振动来说,立管群与流体之间以及立管与立管之间存在 着强烈的交互作用,需要构建更精确的物理模型和理论模型来分析结构和流体间 的相互作用及立管群复杂的动态响应特性。本文针对均匀流中的立管群结构,首 先基于双向流固耦合方法建立了多井口海洋立管群流致振动数值模型,对立管群 结构和流体间的相互作用展开分析,研究立管群的动力学响应以及流场涡激发放 特性,并对不同因素情况(不同立管数目、不同立管间距、不同排列方式)下海洋 立管群动态特性进行研究。 除此之外还对立管群的流弹失稳进行探讨,在此基础上对海洋立管群开展振 动防控研究。具体研究结果发现:(1)当外流体流速较低且立管数目较少时各立管 的主振方向为顺流方向且振动幅度基本一致;当顺流方向排布的管道增加时,其 下游的立管在尾涡的作用下振动明显变大,且主振方向变为横向振动。 (2)对于立管群不同立管间距的研究发现:无论在顺流方向还是横流方向上, 当立管间距较小时,由于立管间交互作用以及流体弹性力对立管群的振动作用比 较明显,而当立管群间立管间距大于3.5D的时候立管之间的交互逐渐减弱,其立 管间的交互作用的临界立管间距为3.5D-4D之间。(3)对于海洋立管群不同位置