導語：如何才能寫好一篇海洋波浪理論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

本文在波浪理論知識基礎上，選擇線性Airy波浪理論，用波壓積分法，利用matlab進行計算受力，研究在不同波高、周期、擺板入水深度以及水深情況下固定擺板的受力變化，為擺板式波浪發電裝置的優化設計提供參考。

關鍵詞：擺式發電， MATLAB，波壓積分，受力分析

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

引言

進入21世紀可持續發展愈來愈受到重視，可再生能源的利用是可持續發展的重要支撐。由于海洋能在可再生能源中的利用占據了非常重的位置，其中波浪能又是海洋能中的翹楚，利用前景廣闊，近年來利用波浪能發電裝置愈來愈多的研制并投入使用。在此我們將對擺式波浪發電裝置擺板受力情況進行研究。

經過調研和研究我們在計算中采用波壓積分法對固定擺板的受力計算分析，研究對其受力變化產生的影響因素。為后期的擺式發電裝置的優化設計提供數據支持。

1.波浪力計算公式

半經驗公式莫里森方程存在局限性其只適用于大型圓柱結構物[1]，但是對于板式結構物則需要通過波壓力沿板結構表面積分方法計算。其計算公式為：

式中，為波浪力沿x方向的分量，N；p為板結構兩側壓力差，Pa；為板結構沒入水中的深度，m；為波面高度，m；z為擺板上任一點z坐標值，m。波壓力和波面高度由波浪理論確定。

由線性波浪理論，波面方程可假設呈余弦方式，即

（1―1）

式中，a為波動振幅，k為波數，為波浪圓頻率。

線性波中，波壓強分布，由微幅波假定，忽略二階項，相對壓強為：

（1―2）

上式中第一項為靜水壓力項；第二項為動壓力，其中，為壓力響應系數。在z=0處取最大值1，在底部取最小值。式（1―2）只對靜水面以下成立，要求靜水面以上的壓力，可采用Tayor展開，設坐標原點在靜水面上，靜水面以上任一點z1的壓力為：

（1―3）

2.數學模型

數學模型在實驗室模型[2]基礎上以1：1的比例構建，實驗室水槽及實驗裝置如圖1所示。水槽尺度：，實驗板結構尺寸：。坐標如圖所示，原點為擺板和靜水面交線和水槽靜水面中線交點。

圖1 數學模型圖

3.數值計算

根據上述波壓公式，得板結構的波浪力公式：

當時，即板結構處波面低于靜水面，

當時，即板結構處波面高于靜水面，

利用MATLAB自編程序，分別計算改變周期、波高、擺板入水深度及水深的情況下的四組波浪力數值。根據計算水深為中水深 [4]。

3.1波浪周期對波浪力的影響

保持波高水深及擺板入水(靜水時)深度不變。按照圖2所示分別改變周期的大小，得到如下結果。由于計算得到的波浪力時間變化曲線都是正弦曲線[2]，而正弦曲線的有效數值是與最值和幅值相關的，故在此我們只需分析波浪的最大正負值和幅值即可。

圖2周期改變時波浪力曲線

通過圖2中計算結果以及波浪力變化趨勢，可以看到，在保持波高、入水深度和水深恒定的情況下，固定擺板的波浪力隨波浪周期增大而增大。

3.2波浪波高對波浪力的影響

在只改變波高的情況下，由圖3中計算結果和曲線可知，波高的變化對于固定擺板受到的波浪力影響顯著，波高增大時擺板受到的波浪力也增大。

圖3波高改變時波浪力曲線

3.3 擺軸和靜水面的距離對波浪力的影響

圖4擺軸靜水面距離改變時波浪力變化曲線

只改變擺軸和靜水面距離時得到擺板受到波浪力及變化如圖4，可知隨擺板處靜水面和擺軸的距離增大而增大，但影響幅度較小。

3.3擺板入水深度對波浪力的影響

保持T、H以及水深d即擺軸到靜水面距離不變，改變入水深度。

圖5擺板不同入水深度時波浪力曲線

在波浪參數以及水深不變的情況下，擺板入水深度即端部到靜水面的距離的改變對擺板受波浪力影響較大，隨著入水深度的增大波浪力成線性增大。

4.結論

本文通過建立數學模型，利用波壓積分法，計算出擺板在不同情況下的受力，研究了波浪周期、波高、擺軸到靜水面的距離以及擺板入水深度等四個因素對波浪力的影響，其中波浪力隨周期和擺板入水深度的增大近似線性增大，隨波高增大而增大，而擺軸到靜水面距離的變化對波浪力影響很小，幾乎沒有。該計算結果與試驗結果[3]相吻合對于之后進行的擺式波浪發電裝置的受力分析提供了參考。由于本文在計算中未考慮線性波的伸縮變化[4]，數據存在一定的誤差。

參考文獻：

[1] 王濤，尹寶樹等．海洋工程．山東教育出版社．2004．

[2] Jianmin Chen．Experimental Research on Calculating Wave Force through Wave Pressure Measurement．Advanced Materials Research ．2011．

篇2

關鍵詞：深海鉆井；隔水管；系統；影響因素

Abstract: Due to the oil and gas fields in deep-sea mining environment is very bad, and the difficulty of exploitation, high risks, marine corrosion, surge, currents environment, marine vortex excited vibration and deep-water pressure and other factors, so deep-sea drilling equipment proposed stringent requirementsdeepwater drilling riser system as a critical part of their research is very important, this paper discusses the analysis of the deepwater drilling riser system related factors, for reference only.

Key words: deep-sea drilling; riser; system; influencing factors

中圖分類號：TE242 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

前言：

海洋鉆井隔水管是海洋深水油氣勘探開發中的重要單元裝備，作為連接海底BOP至海面鉆井平臺之間的咽喉通道，目前其研究工作已引起了世界多個國家的普遍關注，尤其在歐美等發達國家發展速度很快。鉆井隔水管通常在海洋勘探鉆井工作中的主要功能是隔離外界海水，用于鉆井液循環、安裝水下BOP、支撐連接各種控制管線(主要包括節流和壓井管線、泥漿補充管線、液壓傳輸管線等)，以及起到鉆桿、鉆井工具從鉆臺到海底井口裝置的導向作用。隨著全球范圍內海洋油氣勘探開發工作不斷向深水領域進軍，受海洋風、浪、流等惡劣環境和氣候的影響，研究和開發具有高技術、高難度和具有高可靠性的海洋鉆井隔水管及其系統已成為一個新的亮點。

一、深海鉆井隔水管主要作用與事故的后果

隔水管系統是指連接海底井口與鉆井船之間的導管系統，主要包括鋼質、柔性和混合型三類，主要用途是鉆井、采油、注水和油井維修，按用途分類可分鉆井隔水管、采油隔水管和油井維修隔水管等鉆井隔水管是連接海底井口與鉆井船的重要部件，其主要功能是提供井口防噴器與鉆井船之間鉆井液往返的通道，支持輔助管線，引導鉆具，下放與撤回井口防噴器組的載體等。鉆井隔水管單根是大直徑，無縫或者焊接高強度且兩端有焊接接頭的管線，特殊的管線夾把輔助管線緊固于主管線上。隔水管單根兩端的接頭一側公端，另一側母端，單根之間往往采用接頭連接，采用金屬-金屬或者彈性體或者二者組合進行密封。

1．深海鉆井隔水管主要作用

（1）隔離油井與外界海水；

（2）鉆井工作液的循環；

（3）安裝水下防噴BOP系統；

（4）支撐各種控制管線；如：節流和壓井管線，泥漿補充管線，液壓傳輸管線；

（5）鉆桿、鉆井工作從鉆臺到海底進口裝置的導向；

2.隔水管事故產生后的嚴重影響

（1）鉆井船、海底裝備和油井將受到破壞，造成巨大的經濟損失；

（2）鉆井液的泄漏以及石油的泄露，造成環境的嚴重污染。

二.影響深海鉆井隔水管系統的的主要因素分析

影響深海鉆井隔水管系統的因素主要來自于環境因素和作業因素兩大類．

1.環境因素

（1）水深對設計壓力的影響

（2）波浪對深海鉆井隔水管系統的影響

影響隔水管設計的機理是對深海鉆井隔水管產生水動力載荷以及通過平臺的響應幅值算子影響鉆井平臺運動進而形成隔水管頂端的動邊界條件。鉆井船運動和波浪載荷是隔水管動態響應分析主要的動載荷，對于深水隔水管來說，由于波浪載荷導致鉆井船運動對隔水管的位移有較大影響，且會造成隔水管的疲勞損傷，因為起到顯著的影響。

（3）海流對深海鉆井隔水管系統的影響

海流主要包括風海流、梯度流、波浪流、潮流、入海逕流、補償流，按照性質則可以分為定常流、周期流和短期流。

2.作業因素

作業因素主要是指鉆井液密度、脫離后隔水管系統的懸掛模式、浮力塊的分布渦激抑制設備、節流與壓井管線的工作壓力等方面。

（1）鉆井液通過影響頂部張緊力影響

整個鉆井隔水管包括主管與輔助管線的有效張力，因此深海鉆井隔水管的強度必須依據最大鉆井液密度（根據油層工程研究確定）進行設計。鉆井液密度還通過影響頂部張緊力進而影響隔水管底部撓性接頭的轉角，在低密度鉆井液時通過調整頂部張緊力可使底部撓性接頭轉角順利進入正常鉆井的轉角范圍，而在高密度鉆井液時使用較大的頂部張緊力也較難實現。

（2）脫離后的懸掛方式對深海鉆井隔水管的影響

當環境載荷超過隔水管作業極限時需要將鉆井隔水管系統下部的LMRP與BOP斷開，使隔水管處于懸掛狀態。特別是風暴成長速度太快時，來不及將鉆井隔水管收回，只能將鉆井隔水管LMRP與BOP脫離以保護井口。

硬懸掛：通常折疊并鎖定伸縮節，將鉆井隔水管懸掛于分流器外殼并解開張力器，此時鉆井船運動直接作用其上可能產生嚴重載荷導致隔水管壓縮。

軟懸掛：張力器和伸縮節仍起作用，由張力器來支持從伸縮節的外筒至LMRP的隔水管重量以及可能的BOP重量，其優點是伸縮節和張力器能吸收鉆井船的垂直運動從而大大減小作用于鉆井隔水管系統的動載荷，能夠減小風暴條件下隔水管失效的風險。

設計深海鉆井隔水管系統時應根據海洋環境參數、系統初步配置、張力極限、浮力塊布置等進行懸掛模式的選擇與分析。

浮力塊隔水管單根由于受張力器的附近隔水管和接頭強度的限制，隔水管可以承受的頂張力很有限，加上橫向海洋環境載荷特別是自身重量的作用，因而需要足夠大的頂張力才能維持自身的穩定性，深海鉆井隔水管系統必須配置浮力塊以提供分布式的浮力才能改善隔水管的局部力學性能、減小柔性接頭轉角、拓寬深水鉆井作業窗口、降低對張力器的要求，進而降低對鉆井裝置性能的要求。浮力塊的選擇主要需要考慮隔水管曲率、可能的VIV抑制措施、鉆井隔水管懸掛模式等因素。

(3)渦激抑制設備對深海鉆井隔水管的影響

當海流流速比較高時，為避免隔水管出現比較大的渦激振動響應同時造成嚴重的疲勞損傷，深海鉆井隔水管往往需在海流流速較高的海平面下方安裝渦激抑制設備。研究結果表明：采用渦激抑制設備可以使隔水管渦激疲勞減80%以上，但是無論采用何種渦激抑制設備都將會引起隔水管作業更困難，顯著降低隔水管下放與回收速度。

三.結束語

(1)國際上眾多石油公司已將開發重點轉移到深水區域。如墨西哥灣、巴西、西非與北海周邊地區等，我國南海也有豐富的油氣資源。然而，深海鉆井隔水管在及其惡劣的環境中作業，因此，是一種具有高風險、高難度、高技術、高附加值的石油裝備，對性能具有較高的要求。

(2)深海鉆井隔水管系統是一個復雜的系統裝備，由卡盤/萬向節、分流器、上部撓性接頭、伸縮節、隔水管短節、填充閥、隔水管母管、節流與壓井管線、液壓管線、鉆井液增壓管線、浮力塊、終端接頭、下部撓性接頭、底部隔水管總成LMRP、井口防噴器BOP和隔水管接頭等。

(3)深海鉆井隔水管系統由于工作環境惡劣，所以對性能有極高的要求。影響隔水管系統的主要因素是環境因素和作業因素。前者包括水深、波浪、海流，后者包括鉆井液密度、脫離后隔水管系統的懸掛模式、浮力塊的分布渦激抑制設備、節流與壓井管線的工作壓力等。

(4)目前，用于深海鉆井隔水管的主要材料是符合API標準的管線鋼，主要是API 5L X80并且正在向更高強度級別的X100和X120等發展。另外，具有高性能的鈦合金、鋁合金也逐漸被用于深海鉆井隔水管中，并且很好地滿足了使用要求，包括強度、壽命等都符合要求。