379 / 2021-06-13 17:03:06

隔水管表面沟槽织构减阻的研究进展

隔水管是油气开采连接钻井平台与海底防喷器的唯一通道，在洋流、海浪及内波流等复杂海况耦合作用下，隔水管将承受巨大的绕流升阻力，导致其弯曲变形、疲劳磨损和使用寿命降低，其中因磨损、振动引起的隔水管疲劳失效占80%以上，钻井隔水管绕流阻力是影响隔水管系统力学性能，制约隔水管寿命和安全性的关键因素。为此，创新性将仿生沟槽引入到隔水管表面，探索仿生沟槽降低隔水管绕流阻力的设计方法和可行性。基于雷诺相似建立了沟槽表面隔水管绕流减阻大涡数值模拟的仿真分析模型，开展了不同雷诺数工况下隔水管表面沟槽粗糙度、沟槽数量参数对其绕流阻力、压力、速度、涡量、斯特劳哈尔数(St)和尾流区宽度的影响规律，探究了V型沟槽织构减阻原理，并筛选出了减阻效果较好的织构参数，最大减阻率高达55.3%；对比优选V型沟槽织构与无织构隔水管在实际工况下绕流阻力、挠度、弯矩和顶张力之间的差异，发现初步优选织构隔水管顶的张力下降5.33%，其有助于降低张紧器能耗，优化隔水管的局部力学性能。同时基于雷诺相似搭建了隔水管绕流减阻的实验测试平台，验证了沟槽织构运用于钻井隔水管表面减阻的可行性.为利用仿生织构提升钻井隔水管的安全性提供了有效的理论和实验支撑。