一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法及系统与流程

1.本发明属于深水石油钻井领域，具体涉及一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法及系统，用于分析深水钻井过程中无隔水管钻井液回收管柱的受力情况。


背景技术：

2.近年来，深水石油钻井过程中为解决地层孔隙压力和破裂压力安全余量较小、钻井液安全密度窗口较窄的难题，提出了深水无隔水管钻井液回收钻井技术。如图6所示，该技术可以在钻井过程中不采用常规隔水管，钻杆直接暴露在海水中，依靠安装在海底井口的吸入模块实现井眼和海水之间的密封，岩屑和钻井液经一条小直径的钻井液回收管柱(又称为反排管线)返回钻井平台。具体的，在该系统中钻井液由海面泵送入钻杆中，经钻杆到达井底，冲击破碎岩石并携带岩屑由井眼环空上返，在环空顶部经海底吸入模块进入海底举升泵，岩屑和钻井液在海底举升泵的作用下通过钻井液回收管柱返回钻井平台，钻井液经海面钻井液处理系统处理后重新进入钻井液循环系统。但由于深水钻井过程中海况复杂多变，钻井液回收管柱受到深海海浪、海流等复杂载荷的影响，钻井液回收管柱会在海浪、海流的作用下发生不规则运动，其受力情况分析目前并不明确，对钻井过程产生极大风险，成为了制约深水无隔水管钻井液回收钻井技术发展的主要瓶颈。
3.目前在分析钻井液回收管柱受力过程中通常考虑海流对钻井液回收管柱的影响，主要分析横向载荷对钻井液回收管柱受力的影响，同时考虑纵向载荷和横向载荷耦合作用的钻井液回收管柱受力分析的研究基本没有。
4.中国专利公开文献cn102607787a公开了一种测试内流对海洋立管动力特性影响的试验方法，具体涉及一种在模拟研究海洋立管涡激振动规律时，能够有效施加内流和顶张力，并就内流对海洋立管动力特性的影响进行测试的试验方法及装置。在进行海洋立管涡激振动试验研究时，该专利施加内流和顶张力的试验装置和采用该装置的试验方法，通过不断施加已知大小的顶张力、分别改变内流和外流的大小，运用应变计和光栅光纤的测试方法，测定内流对海洋立管动力特性的影响，在模拟研究海洋立管涡激振动规律时，能就内流对海洋立管动力特性的影响进行测试，从而提高海洋立管涡激振动模型试验的准确性，得到较准确的试验结论。
5.中国公开文献《内孤立波与非均匀海流共同作用下顶张立管动力特性》(水动力学研究与进展a辑，2012年7月，第27卷，第4期)中主要研究了两层流体中的内孤立波和非均为海流共同作用下的深海顶张立管的非线性动力响应问题。研究结果表明，在海流非均匀性导致的多模态涡激力作用下，深海顶张立管会发生大振幅多模态横向组合涡激共振的现象。在深海立管发生多模态组合共振的过程中，当有内孤立波作用时，不仅会使立管横向组合共振幅值显著增大，同时还会使立管在顺流向产生突发性的大变形响应。
6.但是，上述两个公开文献仅仅考虑了一种或两种波浪流对管柱的影响，而无隔水管钻井液回收管柱不仅受到多种波浪流的影响，同时还受到沿其轴向的多种力的影响，目前没有任何用于分析钻井液回收管柱的静态受力情况的技术。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法及系统，基于纵横向载荷耦合进行分析，保证无隔水管钻井液回收管柱安全，防止出现管柱破坏的情况，进而保障深水安全钻井。
8.本发明是通过以下技术方案实现的：
9.本发明的第一个方面，提供了一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，所述方法通过分析海流力、轴向有效应力对钻井液回收管柱的影响，利用实时采集到的数据，实时获得钻井液回收管柱受到的纵向载荷和横向载荷，并利用纵向载荷和横向载荷判断钻井液回收管柱是否安全。
10.本发明的进一步改进在于：
11.所述纵向载荷为轴向有效应力，所述轴向有效应力包括：张力器拉力、管柱重力、管柱浮力、管柱摩擦阻力、上部泵、下部泵重力产生的力；
12.所述横向载荷为海流力，所述海流力包括：潮汐流、风生流、波浪流和内孤立波产生的力。
13.本发明的进一步改进在于：
14.所述方法包括：
15.第一步，采集数据；
16.第二步，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；
17.第三步，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；
18.第四步，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；
19.第五步，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。
20.本发明的进一步改进在于：
21.所述第一步的操作包括：
22.(11)利用声学多普勒流速剖面仪进行实时测量，获得海流参数；
23.(12)利用天平烧杯测得海水密度ρf和钻井液回收管柱内的流体密度ρm；利用磁声传感器确定内孤立波中上层海水密度ρ1和下层海水密度ρ2；
24.(13)利用游标卡尺测得钻井液回收管柱的外径do、内径do，然后计算得到钻井液回收管柱的外截面积a
ro
、内截面积a
ri
；
25.(14)输入钻井液回收管柱的单位长度重量we(z,t)，上部泵和下部泵的重力w
bumpup
和w
bumpdown
,钻井液回收管柱的弹性模量e；
26.(15)从张力器上获得张力器拉力t
top
(t)；
27.(16)计算出单位长度管柱的浮力f
buo
(z,t)、单位长度管柱的摩擦阻力f
mf
(z,t)；
28.(17)利用固定在钻井液回收管柱上的水下定位传感器确定不同深度处钻井液回收管柱与重力垂线的夹角θ。
29.本发明的进一步改进在于：
30.所述第二步的操作包括：
31.利用morison公式计算得到钻井液回收管柱受到的海流力pf，即横向载荷。
32.本发明的进一步改进在于：
33.所述第三步的操作包括：
34.利用下式计算得到轴向有效应力te(z,t)，即纵向载荷：
[0035][0036]
其中，z表示深度，t表示时刻，g是重力加速度。
[0037]
本发明的进一步改进在于：
[0038]
所述第四步的操作包括：
[0039]
(41)利用横向偏移控制方程获得钻井液回收管柱的横向偏移：
[0040]
所述横向偏移控制方程如下：
[0041][0042]
其中，
[0043]
式中，y为钻井液回收管柱的横向偏移；i为截面惯性矩；
[0044]
(42)利用钻井液回收管柱的横向偏移获得管柱弯曲正应力σ：
[0045][0046]
其中，
[0047]
式中，a表示面积，m为钻井液回收管柱弯矩。
[0048]
本发明的进一步改进在于：
[0049]
所述第五步的操作包括：
[0050]
判断管柱弯曲正应力σ是否小于管柱的最大弯曲正应力σs，如果是，则判定管柱是安全的，如果否，则判定管柱是不安全的。
[0051]
本发明的第二个方面，提供了一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析系统，所述系统包括：
[0052]
数据采集单元：采集数据；
[0053]
横向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；
[0054]
纵向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；
[0055]
弯曲正应力获取单元：分别与横向载荷获取单元、纵向载荷获取单元连接，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0056]
判断单元：与弯曲正应力获取单元连接，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。
[0057]
本发明的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行上述无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法中的步骤。
[0058]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0059]
本发明考虑了张力器拉力、管柱重力、管柱浮力、管柱摩擦阻力、上部泵、下部泵重力以及多种波浪流对钻井液回收管柱的影响，能够对无隔水管钻井系统中的钻井液回收管柱的静态受力情况进行精确的分析，对其受到的纵向载荷、横向载荷进行实时计算，且确保了钻井液回收管柱安全工作，为推广无隔水管钻井技术提供了技术支撑，有助于无隔水管钻井技术的推广应用。
附图说明
[0060]
图1-1不同海流流速的影响下钻井液回收管柱的位移；
[0061]
图1-2不同海流流速的影响下钻井液回收管柱的弯矩；
[0062]
图1-3不同海流流速的影响下钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0063]
图2-1不同顶部泵位置的影响下钻井液回收管柱的位移；
[0064]
图2-2不同顶部泵位置的影响下钻井液回收管柱的弯矩；
[0065]
图2-3不同顶部泵位置的影响下钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0066]
图3-1不同底部泵位置的影响下钻井液回收管柱的位移；
[0067]
图3-2不同底部泵位置的影响下钻井液回收管柱的弯矩；
[0068]
图3-3不同底部泵位置的影响下钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0069]
图4-1不同张力器拉力的影响下钻井液回收管柱的位移；
[0070]
图4-2不同张力器拉力的影响下钻井液回收管柱的弯矩；
[0071]
图4-3不同张力器拉力的影响下钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0072]
图5本发明方法的步骤框图；
[0073]
图6钻井液回收管柱的受力示意图。
具体实施方式
[0074]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0075]
以下结合附图对本发明的实施方案进行具体描述。
[0076]
深水无隔水管钻井液回收钻井系统如图6所示，在海上钻井平台下设置有钻井液回收管柱8，在钻井液回收管柱8的上方设置有上部泵7，在钻井液回收管柱8的下方设置有下部泵9，在下部泵9的下方设置有海底锚泊点10，钻杆4从海上钻井平台一直延伸到海底的泥线6的下方，海底井口5设置在泥线6处，并通过回流软管与下部泵9连接，钻井液回收管柱8受到由“海底锚泊点10和钻井平台的张力器拉力、以及自身重力、浮力、摩擦阻力、上部泵7和下部泵9的重力”产生的沿其长度方向的轴向有效应力3，即纵向载荷，同时受到由海水中的潮汐流+风生流+波浪流1以及内孤立波2产生的横向载荷。
[0077]
本发明主要分析的是深水无隔水管钻井系统中的钻井液回收管柱的静态受力情况。常规的管柱静态受力分析中主要考虑海流等横向载荷对管柱的静态受力分析，但是没有同时结合海流、轴向有效应力对钻井液回收管柱的静态受力进行分析。本发明方法同时考虑了海流、轴向有效应力等纵横向载荷对钻井液回收管柱的影响，并对其进行了静态受力分析。
[0078]
本发明利用无隔水管钻井技术的特点，针对钻井液回收管柱在深水中的受力因
素，通过分析海流(潮汐流、风生流、波浪流、内孤立波)、轴向有效应力(张力器拉力、管柱重力、管柱浮力、管柱摩擦阻力、上部泵、下部泵重力)等因素的影响，建立了纵横向载荷耦合作用下(即海流、轴向有效应力等因素耦合作用下)的钻井液回收管柱的静态受力模型，精确分析了无隔水管钻井系统中的钻井液回收管柱的受力情况，确保钻井液回收管柱受力在合理范围内，不发生破坏，从而保障钻井液回收管柱的受力安全，提高深水作业效率，为防止钻井液回收管柱破坏，保障安全钻井提供了技术支撑，也为深水无隔水管钻井技术推广应用提供了技术支撑。
[0079]
本发明方法通过分析海流、轴向有效应力等因素的影响，利用实时采集到的数据，实时获得钻井液回收管柱的纵向载荷和横向载荷，并利用纵向载荷和横向载荷判断钻井液回收管柱是否安全。
[0080]
具体的分析步骤如下：
[0081]
(1)分析钻井液回收管柱所受载荷
[0082]
根据钻井液回收管柱的实际工况，分析回收管柱主要承受的载荷为横向载荷和纵向载荷。其中横向载荷主要为海流力，海流力包含潮汐流、风生流、波浪流和内孤立波产生的力；纵向载荷主要为轴向有效应力。
[0083]
(2)开展回收管柱受力敏感性因素分析
[0084]
针对上述分析出的各个影响因素，其中针对海流力，分析海流波速对管柱受力的影响；针对轴向有效应力，主要分析其值的大小对管柱受力的影响。
[0085]
(3)纵横向载荷耦合作用下的管柱受力分析
[0086]
根据分析出的敏感性因素，对回收管柱计算纵向和横向载荷耦合作用下的受力情况，确保回收管柱不会发生破坏，为无隔水管钻井技术提供安全保障。
[0087]
图5为基于纵横向载荷耦合的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法的影响因素图。对各个影响因素进行敏感性分析，详细分析结果如图1-1到图4-3所示，具体如下：
[0088]
(1)海流流速的影响
[0089]
计算不同海流流速的影响下钻井液回收管柱的位移、弯矩和弯曲正应力，如图1-1到图1-3所示。从图1-1到图1-3中可以看出随着表面波流速的增大，钻井液回收管柱的位移和弯矩都在增大。原因和规律与钻杆相同，但钻井液回收管柱的位移变化值很小，说明海流力对钻井液回收管柱的影响较小。
[0090]
(2)上部泵位置的影响
[0091]
计算不同顶部泵位置的影响下钻井液回收管柱的位移、弯矩和弯曲正应力，计算结果如图2-1到图2-2所示。从图2-1到图2-2中可以看出随着顶部泵位置上移，钻井液回收管柱的位移有略微增大的趋势。弯矩的转折点随着上部泵的位置发生了变化，其他位置的弯矩变化非常小。
[0092]
(3)下部泵位置的影响
[0093]
计算不同下部泵位置下钻井液回收管柱的位移、弯矩和弯曲正应力，计算结果如图3-1到图3-3所示。从图3-1到图3-3中可以看出随着底部泵位置上移，钻井液回收管柱的位移有略微减小的趋势，与上部泵位置的移动规律相反。同样弯矩的转折点随着底部泵的位置发生变化，其他位置的弯矩变化非常小。
[0094]
(4)张力器拉力的影响
[0095]
计算不同张力器拉力影响下钻井液回收管柱的位移、弯矩和弯曲正应力，计算结果如图4-1到图4-3所示。从图4-1到图4-3中可以看出随着张力器拉力的增大，钻井液回收管柱的位移和弯矩都略有降低，虽然张力器拉力的可调整范围大于钻井管柱，钻井液回收管柱的位移变化范围仍然很小，以至于在图上很难观察到。结合钻杆的张力器拉力影响分析可以看出，调整钻杆和钻井液回收管柱的张力器拉力，并不能很好的改善钻杆和钻井液回收管柱之间的间隙。
[0096]
本发明方法的实施例如下：
[0097]
【实施例一】
[0098]
所述方法包括：
[0099]
第一步，采集数据：钻井液回收管柱的尺寸参数和物理属性参数、上部泵下部泵的重力参数和位置参数，以及实时测量的海流参数、钻井液回收管柱与重力垂线的夹角等。
[0100]
第二步，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；
[0101]
第三步，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；
[0102]
第四步，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0103]
第五步，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。
[0104]
【实施例二】
[0105]
所述第一步的操作包括：
[0106]
①
利用声学多普勒流速剖面仪实时测量海流的各项指标参数，即海流参数，具体如表1所示，由声学多普勒流速剖面仪测定的相关海流波的参数是实时变化的。
[0107][0108][0109]
表1
[0110]
②
利用天平烧杯测得海水密度ρf和钻井液回收管柱内的流体密度ρm；利用磁声传感器确定内孤立波中上层海水密度ρ1和下层海水密度ρ2；
[0111]
③
利用游标卡尺测得钻井液回收管柱的外径do、内径do，然后根据外径、内径利用现有公式计算得到钻井液回收管柱的外截面积a
ro
、内截面积a
ri
；
[0112]
④
输入厂家提供的钻井液回收管柱的单位长度重量we(z,t)，上部泵和下部泵的重力w
bumpup
和w
bumpdown
,钻井液回收管柱的弹性模量e；
[0113]
⑤
利用现有的钻井平台上的张力器确定的回收管柱与平台连接处的拉力，即张力器拉力，t
top
(t)；
[0114]
⑥
利用现有的浮力公式计算出的深度z处t时刻单位长度管柱的浮力大小，f
buo
(z,t)；利用现有摩阻公式计算出的深度z处t时刻单位长度管柱的摩擦阻力，f
mf
(z,t)；
[0115]
⑦
利用固定在钻井液回收管柱上的多个水下定位传感器确定不同深度处钻井液回收管柱与重力垂线的夹角θ。这个角度值是实时变化的。
[0116]
【实施例三】
[0117]
所述第二步的操作包括：
[0118]
利用下面的morison公式计算钻井液回收管柱受到的海流力，即横向载荷：
[0119][0120]
式中：pf为海流力，n/m；cd为拖曳力系数，无因次；cm为惯性力系数，无因次；ρf为海水密度，kg/m3；vf为流体质点的速度，m/s；af为流体质点的加速度，m/s2；do为钻井液回收管柱的外径，m。
[0121]
流体质点的速度计算公式如下：
[0122]
vf＝v
tidel
(z)+v
wind
(z)+v
wave
(z)+v
in
(z) (2)
[0123]
式中：vf为流体质点的速度，m/s；v
tidel
(z)为潮汐流的速度，m/s；v
wind
(z)为风生流的速度；v
wave
(z)为波浪流的速度，m/s；v
in
(z)为内孤立波流的速度，m/s。
[0124]
流体质点的加速度计算公式如下：
[0125]af
＝a
wave
+a
in (3)
[0126]
式中：a
wave
为波浪作用下流体质点的加速度，m/s2；a
in
为内孤立波作用下的流体质点的加速度，m/s2。
[0127]
①
潮汐流的速度计算公式如下：
[0128][0129]
式中：v
tidel
(z)为潮汐流的速度，m/s；v
tidel
(0)为海面潮汐流的速度，m/s；h为海水深度(是指海平面到海底泥线的距离)，m，z为质点的深度(这个深度为假定深度，每个深度位置的海水流速是不一样的)，m。
[0130]
②
风生流的速度计算公式如下：
[0131][0132]
式中：v
wind
(z)为风生流的速度，m/s；v
wind
(0)为海面的风生流的速度，m/s。
[0133]
③
波浪流的速度和加速度计算公式如下：
[0134][0135][0136]
式中：v
wave
为波浪流的速度，m/s；h
wave
为波高，m；t
wave
为波的周期，s；ω为波浪流的圆周频率，rad/s；k为波数，x表示波的移动距离,m，kx-wt表示波浪流的波相位角。
[0137]
④
内孤立波的速度计算公式如下：
[0138]
内孤立波由kdv方程描述。假设海水由不同密度的两层组成，上层海水的厚度和密度分别为h1、ρ1，下层海水的厚度和密度分别为h2、ρ2。内孤立波的振幅为a0(利用专业的获取参数的仪器，例如声学多普勒流速剖面仪(adcp)和合成孔径雷达(sar)获得)，当h1＜h2时，
a0＜0，当h1＞h2时，a0＞0。
[0139]
内孤立波的振幅按下式计算：
[0140]
a(y,t)＝a
0 sech2φ (8)
[0141]
内孤立波引起的质点速度按下式计算：
[0142][0143]
内孤立波引起的质点加速度按下式计算：
[0144][0145]
式中：为内孤立波的相位角；λ为内孤立波的波长；
[0146]
δρ＝ρ
2-ρ1；
[0147]
公式(9)(10)中的upper指上层海水，lower指下层海水。
[0148]
【实施例四】
[0149]
所述第三步的操作包括：
[0150]
计算轴向有效应力，即纵向载荷：
[0151]
假设钻井液回收管柱内充满流动的流体，则轴向有效应力由下式计算：
[0152]
式中：te(z,t)为轴向有效应力，n，t
top
(t)为t时刻的张力器拉力，n；we(z,t)为深度z处t时刻钻井液回收管柱的单位长度重量，n/m(该重量是厂家提供的，不随深度和时刻的变化而变化)；f
buo
(z,t)为深度z处t时刻单位长度钻井液回收管柱受到的浮力，n/m；θ为钻井液回收管柱与重力垂线的夹角，
°
；a
ro
、a
ri
分别为钻井液回收管柱的外截面积、内截面积，m2，∫
0z
表示深度0-z范围内的定积分；ρf和ρm分别为海水和钻井液回收管柱内流体的密度；f
mf
(z,t)为深度z处t时刻单位长度钻井液回收管柱内流体给管柱施加的摩擦阻力(根据直管阻力的计算通式计算获得)，n/m)，g是重力加速度。wb
umpup
和w
bumpdown
分别为上部泵和下部泵的重力，n；
[0153]
系统中在钻井液回收管柱的不同位置添加了两个增压泵，即上部泵7和下部泵9，两个增压泵的重力对钻钻井液回收管柱的受力分析也有影响。本发明考虑了增压泵的重力对钻井液回收管柱受力情况的影响。将上部泵7和下部泵9假设为两个重力点施加在钻井液回收管柱上。
[0154]
【实施例五】
[0155]
所述第四步的操作包括：
[0156]
(41)利用横向偏移控制方程获得钻井液回收管柱的横向偏移：
[0157]
钻井液回收管柱在海流力和轴向有效应力的联合作用下，回收管柱的横向偏移控制方程为：
[0158][0159]
其中，
[0160]
式中，y为钻井液回收管柱的横向偏移，m；e为钻井液回收管柱的弹性模量，pa；i为截面惯性矩，m-4
；te(z,t)为钻井液回收管柱的轴向有效应力，we(z,t)为钻井液回收管柱的单元湿重，n；pf为海流力，n。可以利用现有的多种方法(例如数值模拟方法)求解公式(12)获得钻井液回收管柱的横向偏移。
[0161]
(42)利用横向偏移获得管柱弯曲正应力：
[0162][0163]
其中，
[0164]
式中：a表示面积，m为钻井液回收管柱弯矩，n
·
m；i为回收管柱惯性矩，m-4
；σ为管柱弯曲正应力，n；
[0165]
【实施例六】
[0166]
所述第五步的操作包括：
[0167]
利用最大弯曲正应力准则判定钻井液回收管柱是否受到破坏，即判断管柱弯曲正应力σ是否小于管柱的最大弯曲正应力σs，如果是，则判定管柱是安全的，如果否，则判定管柱是不安全的。
[0168]
具体公式如下：
[0169]
σ＜σsꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0170]
式中：σs为管柱的最大弯曲正应力，该最大弯曲应力值是一个固定值，是材料的本身属性，由厂家提供即可。
[0171]
上述模型中，波浪力属于横向载荷，轴向有效应力属于纵向载荷，本发明同时考虑了这些因素，即将横向载荷和纵向载荷均考虑到了，同时考虑这几个因素即为纵横向载荷耦合作用，因此本发明的考虑因素更为全面，这样对钻井液回收管柱的受力情况分析更为精确。
[0172]
本发明还提供了一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析系统，所述系统的实施例如下：
[0173]
【实施例七】
[0174]
所述系统包括：
[0175]
数据采集单元：采集钻井液回收管柱的尺寸参数和物理属性参数、上部泵下部泵
的重力参数和位置参数，以及实时测量的海流参数、钻井液回收管柱与重力垂线的夹角；
[0176]
横向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；
[0177]
纵向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；
[0178]
弯曲正应力获取单元：分别与横向载荷获取单元、纵向载荷获取单元连接，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；
[0179]
判断单元：与弯曲正应力获取单元连接，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。
[0180]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质的实施例如下：
[0181]
【实施例八】
[0182]
所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行上述无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法中的步骤。
[0183]
本发明可以对无隔水管钻井液回收管柱的静态受力情况进行更加精确的描述，对其受力状态进行实时计算，确保钻井液回收管柱的安全工作，有助于无隔水管钻井技术的推广应用。
[0184]
本发明明确了深水无隔水管钻井系统中钻井液回收管柱在纵向和横向载荷的耦合作用下的受力情况，为精确计算钻井液回收管柱的静态受力提供了技术支撑。确保钻井液回收管柱的受力在合理范围内，避免发生回收管柱破坏失效的现象。为深水无隔水管钻井技术的应用推广提供了理论和技术储备，具有广阔的应用前景。
[0185]
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

技术特征：
1.一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述方法通过分析海流力、轴向有效应力对钻井液回收管柱的影响，利用实时采集到的数据，实时获得钻井液回收管柱受到的纵向载荷和横向载荷，并利用纵向载荷和横向载荷判断钻井液回收管柱是否安全。2.根据权利要求1所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述纵向载荷为轴向有效应力，所述轴向有效应力包括：张力器拉力、管柱重力、管柱浮力、管柱摩擦阻力、上部泵、下部泵重力产生的力；所述横向载荷为海流力，所述海流力包括：潮汐流、风生流、波浪流和内孤立波产生的力。3.根据权利要求2所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述方法包括：第一步，采集数据；第二步，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；第三步，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；第四步，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；第五步，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。4.根据权利要求3所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述第一步的操作包括：(11)利用声学多普勒流速剖面仪进行实时测量，获得海流参数；(12)利用天平烧杯测得海水密度ρ
f
和钻井液回收管柱内的流体密度ρ
m
；利用磁声传感器确定内孤立波中上层海水密度ρ1和下层海水密度ρ2；(13)利用游标卡尺测得钻井液回收管柱的外径d
o
、内径d
o
，然后计算得到钻井液回收管柱的外截面积a
ro
、内截面积a
ri
；(14)输入钻井液回收管柱的单位长度重量w
e
(z,t)，上部泵和下部泵的重力w
bumpup
和w
bumpdown
,钻井液回收管柱的弹性模量e；(15)从张力器上获得张力器拉力t
top
(t)；(16)计算出单位长度管柱的浮力f
buo
(z,t)、单位长度管柱的摩擦阻力f
mf
(z,t)；(17)利用固定在钻井液回收管柱上的水下定位传感器确定不同深度处钻井液回收管柱与重力垂线的夹角θ。5.根据权利要求4所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述第二步的操作包括：利用morison公式计算得到钻井液回收管柱受到的海流力p
f
，即横向载荷。6.根据权利要求5所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述第三步的操作包括：利用下式计算得到轴向有效应力t
e
(z,t)，即纵向载荷：
其中，z表示深度，t表示时刻，g是重力加速度。7.根据权利要求6所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述第四步的操作包括：(41)利用横向偏移控制方程获得钻井液回收管柱的横向偏移：所述横向偏移控制方程如下：其中，式中，y为钻井液回收管柱的横向偏移；i为截面惯性矩；(42)利用钻井液回收管柱的横向偏移获得管柱弯曲正应力σ：其中，式中，a表示面积，m为钻井液回收管柱弯矩。8.根据权利要求7所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法，其特征在于：所述第五步的操作包括：判断管柱弯曲正应力σ是否小于管柱的最大弯曲正应力σ
s
，如果是，则判定管柱是安全的，如果否，则判定管柱是不安全的。9.一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析系统，其特征在于：所述系统包括：数据采集单元：采集数据；横向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的横向载荷；纵向载荷获取单元：与数据采集单元连接，实时计算钻井液回收管柱受到的纵向载荷；弯曲正应力获取单元：分别与横向载荷获取单元、纵向载荷获取单元连接，根据钻井液回收管柱受到的横向载荷、纵向载荷获得钻井液回收管柱的弯曲正应力；判断单元：与弯曲正应力获取单元连接，利用弯曲正应力判断钻井液回收管柱是否安全。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行如权利要求1-8任一项所述的无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法中的步骤。

技术总结
本发明提供了一种无隔水管钻井液回收管柱静态受力分析方法及系统，属于深水石油钻井领域。所述方法通过分析海流力、轴向有效应力对钻井液回收管柱的影响，利用实时采集到的数据，实时获得钻井液回收管柱受到的纵向载荷和横向载荷，并利用纵向载荷和横向载荷判断钻井液回收管柱是否安全。本发明考虑了张力器拉力、管柱重力、管柱浮力、管柱摩擦阻力、上部泵、下部泵重力以及多种波浪流对钻井液回收管柱的影响，能够对无隔水管钻井系统中的钻井液回收管柱的静态受力情况进行精确的分析，对其受到的纵向载荷、横向载荷进行实时计算，且确保了钻井液回收管柱安全工作，为推广无隔水管钻井技术提供了技术支撑，有助于无隔水管钻井技术的推广应用。术的推广应用。术的推广应用。


技术研发人员：王磊 张东清 张辉 张金龙 柯珂 张祯祥 张进双 胡志强 李莅临 许博越
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术研究院有限公司
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2023/9/20