[發明專利]海洋立管海流響應表面附加層

無效

• 申請號: 201210460763.5
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102966313A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 林元華;邱全鋒;孔祥偉;鐘莉;朱紅鈞;曾德智;王其軍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B17/00
• 分類號: E21B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于海洋石油鉆采裝備技術領域，涉及的是一種海洋立管表面對海流響應的附加層的設計方法與裝置。

背景技術

在海洋石油鉆探與開采過程中，海洋立管是最為重要的一種輸運或者隔水設備。這些細長的海洋立管在海洋環境中必然要經受各種海流作用，立管承受應力，從而可能損壞并失效。一種典型的損壞形式是立管渦激損壞，該損壞方式已經被證明。當海流流經立管時，在一定的流速條件下，將在其后兩側周期性地形成并釋放渦漩。渦漩周期性形成與脫落將對立管產生交替作用力，迫使立管在與流向垂直方向上橫向振動；立管振動反過來影響流場，增強渦漩。這種相互作用即是流固耦合作用。立管除會發生橫向振動，由于海流阻力，立管也會發生縱向振動。當渦漩頻率與結構振動頻率一致時，渦漩與結構振動將鎖定，結構振動持續增強，渦激作用力將導致立管疲勞破壞。在渦激作用力之外，海流也對立管產生拖曳力和沖擊力。只要海流運動，圍繞立管的流場狀態發生改變，立管必然要承受海流運動產生的作用力，并可能在一定范圍內隨海流運動搖擺。立管在這些運動和應力作用下將會損壞和失效，甚至可能引發災難。

目前，海流運動對立管的影響主要考慮渦激振動作用力，對其它海流作用力則考慮得很少。通常使用抑制裝置來抑制渦激振動，這些裝置體積、重量相對較大，使用范圍有較多限制。本發明旨在提供一種簡單、經濟、適用范圍廣的一種兼有渦振抑制功能的又能對海流作用進行有效響應的海洋立管海流響應表面附加層（簡稱表面附加層）設計的方法與裝置。

發明內容

本發明針對海流作用廣泛，從制作、安裝、維護簡單且經濟、適用范圍廣的角度出發，提供一種兼有預防渦漩產生和響應海流運動的立管表面附加層的設計方法與裝置。

本設計中，基體承載擾流體，它包覆在立管上，以將本裝置固定在立管上。基體可以就是立管外表面本身；基體可以是一薄層，像一張紙、一張鐵皮或者塑料皮，又或者像一張防滑墊等；可以是平的，也可以是波浪形的。基體材料可以是剛性的或者彈性的，甚至可以是海綿體。擾流體是有一定厚度的叢式體，它可以是雜亂的形式，也可以是有序的形式。它可以是不規則曲線體，也可以是規則的幾何曲線體，如矩形、三角形等。

本發明提供一種海洋立管海流響應表面附加層，它的一種典型特征是：海洋立管海流響應表面附加層由擾流體和基體構成。擾流體為叢式體，固定在基體上，基體固定在立管上，直接與立管外表面接觸。叢式體由叢式單元構成，每個叢式單元是一簇曲線體。曲線體的幾何特征為曲線或者直線，可以在各方向彎曲變形。叢式單元分布在基體上，基體為圓環柱體。

本發明能響應來流作用，對來流進行反作用，從而改變立管附近的流場狀態。本表面附加層在生產時可以直接加工成圓環柱體，也可以先加工成長方體，再進行切割、拼接成圓環柱體。擾流體與叢式單元可以分別生產，也可以與立管一起加工。本表面附加層固定在立管上分兩種類型：已加工成圓環柱體時可直接套裝在立管上，或者固定在套管上。當還是長方體時，將它包覆在立管上進行對接和固定。

(1)基于以上設計，本海洋立管海流響應表面附加層有如下優點：

(2)生產簡單、安裝簡單且靈活，經久耐用，維修簡單，整個裝置非常經濟，適應范圍廣。

(3)能夠響應各種海流作用，有較好的渦激振動抑制作用，可以緩沖與分散海流作用力。

(4)對立管有保護作用，可以緩沖物體撞擊。

(5)容易進行批量生產，并且可以方便地切割得到所需要本表面附加層的一段。

(6)可以與立管加工成一個整體。

附圖說明

圖1本表面附加層沿母線展開后的橫截面剖視圖。

圖2本圖給出圖1中叢式單元、曲線體與基體上表面形狀。

圖3本表面附加層加裝在海洋立管上一節的示意圖，包括橫截面與軸截面剖視圖。

圖4本表面附加層三個單元一起加裝海洋立管上軸截面剖視圖。

圖中：1．擾流體，2．基體，3．叢式單元，4．曲線體，5．基體上表面。

具體實施方式

本文提供一種海洋立管海流響應表面附加層，它由擾流體1和基體2構成。擾流體1為叢式體，固定在基體2上，基體套在立管上，直接與立管外表面接觸。叢式體由叢式單元3構成，每個叢式單元是一簇曲線體4。曲線體4的幾何特征為曲線或者直線，可以在各方向彎曲變形。叢式單元3分布在基體上，基體為圓環柱體。

本表面附加層中的擾流體1中的曲線體4可以有幾種表現形式：任意彎曲形狀、規則的矩形和三角形等。本表面附加層中基體2上表面5可以是平面和波浪面，基體可以是剛性和彈性的。

對已經加工成圓環柱體的本表面附加層在立管外表面的安裝方法有：(1)直接套接在立管外表面；(2)通過卡扣等構件固定在外表面。對長方體（即尚未加工成圓環柱體）的本表面附加層的安裝方法是：將其包覆在立管外表面，在對接處對基體2進行焊接或者扣接，或者采用其它對接方法。本表面附加層也可與立管加工成一個整體，這樣就免去安裝過程。基體套在立管上，可以是固定的，也可以是能旋轉的。