轴向荷载对海面以上保留井口的安全问题姜伟 - 中国海上油气.PDF

、n11 4 幕13卷第4期 中国海上油气(工程) 3．No 2001年8月 CHINA()FFSHOREAND A11z．2001 OIL GAS(ENGINEERJNG) 轴向荷载对海面以上保留井口的安全问题 姜 伟 海石油(中H)有胜公司天滓分公卅．天津塘沽，300452 摘要根据生产实践中常遇到需要在海面以上保留井口的问题，在不考虑水平荷载作用的前提 下，从弹性稳定性研究方法八手，采用能量法研究单桩井13在轴向集中荷载和均布荷栽条件下的弹 ’『生稳定性，为今后海上保留井口作业时，校核单桩井口弹性稳定性及生存能力，提供一种定量计算 方法和分析的依据= 关键词 受力模式弹性稳定轴向荷载 自重均布荷栽作业安全 在海上怍、【k巾．由于各种原冈常常需要在钻井船撤离井位时将所钻井口保留在水面以上，以便将来网接 钻井、测试，或安装导管架，这是一种简便『|1j有效的办法，但这种方法是否安全可靠．它的生仔条件是什么， 需要我们从理论和实践上反复推敲和认识。本文的目的就是在现有水面以上保留井口经验的基础上，不考 虑风、波、流、冰等水平荷载，仅考虑轴向力，对生存条件、『临界荷载以及作业安全作一研究。 在海上钻井作业中，井筒从海底延伸到钻井船月池，冉延伸到转盘而以f：。红月池处设有固定和支撑 件．将井简同定在井口甲台上，这就形成J，对井筒的井u平台处和海底泥面处的约束。井简此时的结构是稳 定的．但当钻井船需要撤离且要求将井口保留在水面以上时，作业者就要考虑住一端约束的条件下井筒是否 安全，钻具或是生产管柱应该有多大重量挂在井门上。这是一个单端约束条件F管拄的弹性稳定性问题． 这个问题对在海上进行测试、钻井中途撤离井口再返回井r】重新就位和l旦I接等作业，有着很蕈要的意义。 1力学模型的建立 单桩井筒受力情况如图l所示。研究问题时为简便起见，假定井 筒为～海底端嵌固、井L|自由的杆件，沿杆件轴线方向建立坐标系，则 杆件上端受力为：1)井口}坐挂的钻具或牛产管柱产生的轴向荷载 P；2)由隔水导管白重Q产牛的均布轴向荷载q：3)巾波、流等产生 —冬|| 的横向力，该作用力在本文研究中不予考虑。 对于这类问题．由文献[I]可知，使用计算临界荷载的能量法进行 校孩．既简单又快捷，还有足够的精度。如果顶部轴向力P很小，自重 Q也不大．那么该』玉杆是稳定的；但如果轴向荷载P和均布轴向倚载 ．∥ q逐渐增大，并达到某一临界值，那么压杆就将发生横向屈曲而失稳， 由于杆件受到轴向荷载时要发生挠曲变形，由文献[1]知其变形函数 曲线为 Y=d[I—cos(rez／2L)]。(1) 式中：L为杆件的长度．131；8为杆件水平向偏离平衡位置的最大位移，囤1扦件垂向受力、弯曲示意图 ITI、 由式(1)日I知： 占 Ⅱ ■ ￡ d、1／d}’=d[88cos(z．c／2L)]／d．r= (2) (一 ，乏L i，1DS卫Ⅱ r0彪；L Ⅱ占 应hL佗 d二、·／dr二=d[(8rc／2L)sin(Ⅱr／2L)]／d_ 弯曲变形能 万方数据 中国海上油气(工程) 200I拄