[發明專利]一種基于遺傳算法的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置優化方法

有效

• 申請號: 201810069100.8
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN110067517B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 劉秀全;王向磊;張慎顏;姬景奇;鄭健;陳國明;暢元江
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B17/01
• 分類號: E21B17/01;G06N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于遺傳算法的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置優化方法，其特征在于以下步驟：S1：以隔水管系統浮力塊配置作為優化變量，以基因編碼的方式表征所述隔水管系統浮力塊配置；S2：建立隔水管系統渦激疲勞分析模型，確定隔水管系統任意位置處的渦激疲勞損傷；S3：確定不同海流流速的發生概率，以減小隔水管系統長期渦激疲勞損傷為目標建立隔水管系統浮力塊配置優化目標函數；S4：建立基于遺傳算法的浮力塊配置優化方法，通過基因的自然選擇、突變與交叉等機制，不斷產生新的浮力塊配置基因種群，對浮力塊配置方案進行尋優。本發明可用于快速準確的確定具有較好渦激抑制效果的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置方案。

技術領域

本發明屬于海洋油氣工程領域，尤其涉及一種海洋深水油氣鉆采過程中，基于遺傳算法的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置優化方法。

背景技術

深水油氣鉆采過程中，鉆井隔水管系統是連接海底井口和海面鉆井平臺的關鍵設備，其長期處于復雜的海洋環境中，海水流經隔水管系統時，兩側產生交替的旋渦泄放，使得隔水管產生渦激振動，尤其當渦脫頻率接近隔水管橫向固有頻率時，渦激振動更加明顯，極易造成隔水管系統疲勞損傷甚至斷裂，因此，隔水管系統渦激疲勞以及如何抑制隔水管渦激振動一直是國內外研究的熱點。目前的研究主要通過安裝隔水管螺旋列板、減震器等渦激抑制裝置來破壞旋渦達到渦激抑制的作用，但是這些裝置的安裝與拆卸都會使得隔水管的作業流程復雜化，尤其是深水需要頻繁下放與回收的情況下，使得作業時間大幅延長；另外，如果渦激抑制裝置安裝不合理還會加劇振動，因此在工程中基本不用鉆井隔水管渦激抑制裝置。

隔水管系統由于自身較大的重力，需要安裝一定數量的浮力塊，目前一些學者提出在滿足深水鉆井隔水管系統作業需要的前提下，利用隔水管浮力塊來減輕渦激抑制的方法，通過研究幾種不同的浮力塊覆蓋率，來得到能夠抑制隔水管渦激振動的配置方案，這些方案具有明顯的局限性。以1 000m深水鉆井隔水管系統為例，每個隔水管單根的長度為18.288m，整個隔水管系統約由54個隔水管單根組成，每個單根均存在有浮力塊和無浮力塊兩種可能性，則1 000m的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置方案共有2⁵⁴(1.8×10¹⁶)種，相對所有的浮力塊配置方案而言，幾種典型的浮力塊配置方案局限性非常明顯。因此，如何在龐大的浮力塊配置方案中優選出渦激疲勞性能較好的配置方案，是擬解決的關鍵科學難題。

發明內容

針對上述問題，本發明引入遺傳算法，提出基于遺傳算法的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置優化方法，開發深水鉆井隔水管系統浮力塊配置的優化系統，從而為深水鉆井系統浮力塊配置優化提供一種行之有效的方法。

一種基于遺傳算法的深水鉆井隔水管系統浮力塊配置優化方法，包括如下步驟：

步驟S1：以隔水管系統浮力塊配置作為優化變量，以基因編碼的方式表征所述隔水管系統浮力塊配置；

步驟S2：基于能量平衡原理建立隔水管系統渦激疲勞分析模型，確定隔水管系統任意位置處的渦激疲勞損傷；

步驟S3：從統計學的角度出發，確定不同海流流速的發生概率，以減小隔水管系統長期渦激疲勞損傷為目標建立隔水管系統浮力塊配置優化目標函數；

步驟S4：建立基于遺傳算法的隔水管系統浮力塊配置優化方法，開發隔水管系統浮力塊配置優化系統，對隔水管系統浮力塊配置方案進行尋優，主要優化過程包括：

步驟S41：設置隔水管系統浮力塊配置優化參數、終止準則，以及浮力塊基因編碼種群的遺傳、變異、交叉概率，編寫隔水管系統浮力塊配置遺傳算法的適應度函數，對于有浮力塊覆蓋率約束條件的深水鉆井隔水管系統，通過全局變量約束實現約束條件下的隔水管系統浮力塊配置優化計算；

步驟S42：隔水管系統浮力塊配置優化過程中，首先產生代表隔水管系統浮力塊配置的初始基因種群，對所述基因種群表征的隔水管系統浮力塊配置開展隔水管系統渦激疲勞損傷評估，確定所述初始基因種群的適應度；