整流罩及方法_3

文档序号:9552706阅读:来源:国知局
,对应每个测试的 频率,描绘出了与名义折合速度U*相对的振幅A*。数据示出了不同的弹黃刚度,因此,频率 在测试的肿的整个范围对整流罩的A*具有显著影响。可W观察到,A*-肿曲线改变拖拽 并随弹黃刚度的增加向左。
[0100] 固定阻力测试结论:
[010。 在固定测试中,整流罩的几何学变形对其阻力值具有显著的影响。在基本的ACC1 整流罩上的阻力是在裸管上的大约一半,由此,整流罩减少了系统中50%的阻力
[0102] 自由VIV测试结论:
[0103] 裸管测试旨在验证设备设置,W及结果与历史数据良好匹配。在折合速度U*为 8. 2时,VIV响应的峰值振幅A* = 0. 89。拖曳系数从当有小VIV时的大约1. 0改变至当有 显著的VIV占据时的大约3. 0。
[0104] 在整个折合速度范围测试(0<肿<22)中,不对称的蟹爪(ACC1)整流罩减少VIV的 振幅。
[0105] 一般而言,ACC整流罩的A*之间的不同之处非常小,其本质上意味着依照VIV抑 制的全部四个整流罩令人满意地有效。更具体地,与具有较长弦长的整流罩相比,具有较短 弦长的整流罩提供更高的VIV抑制效率
[0106] 数据处理
[0107] 由确定振动(VIV)A*的振幅和名义折合速度肿组成的基础数据分析由W下限 定:
[0110] σZ是移动的交叉-流动狂)振幅的标准偏差,并且Dk是作为整流罩的外直径(最 大厚度)的参考直径。V是拖车速度或流动速度。自然频率fw= (6典型地来自静水试验, 然而对于运些试验,要求低流动速度W对齐单元。
[0111] Cd,CD=拖曳系数
[0112] (:^,(:^ =升力系数(升力与圆筒交叉流动速度同向)
[0113]Cm=增加的质量系数(升力与圆筒交叉流动加速度同向)
[0114] 稳定性的理论研究
[0115] 图9a-c示出了 3种整流罩类型的稳定性分析的模型结果,基于Blevins(1990) 和化wman(1977)的标准并使用Routh方法的迭代,具有如在Kristiansen(2009)and Faltinsen(2005)给出的进一步的派生和参数化。
[0116] 在Y轴(q(u)[化gm/s)4])上给出的在无阻尼的整流罩的例子中的多项式的形式 为:
[0117]
[0118] 并且其通过每个给出的整流罩类型的底部曲线表示。X轴代表W米/秒计量的流 动速度扣)。对于仿真情形,其中增加了经验的雷利阻尼项(邮),用于Y轴的多项式为W 下形式:
[0122] 并且ξ是无无量纲量数。更高的ξ的值导致更高的阻尼。
[0123] 每种整流罩种类的底部曲线代表没有阻尼项(qiU)的仿真。当q〇J)在曲线上的值 为负时,可出现不稳定性和摆动。邻近底部无阻尼曲线的下一条曲线包括具有ξ=0.04的 阻尼项qiU。下一条邻近的曲线包括具有ξ=0.08的阻尼项QiU。下一条邻近的曲线(顶 部)包括具有ξ= 0. 16的阻尼项QiU。
[0124] 通过W下进一步表示项94、化和q。
[012引I代表转动惯量,nif代表整流罩的质量,而r代表弹性中屯、巧C)和重屯、(贿之间 的距离。k、M、K和τ是来源于上述引用的公开的参数项。
[0129] 对于具有连续非负的q〇J)值的系统,他们也无条件的稳定。着重于对ACC1的结 果,可W看见在具有一定程度的普通阻尼现实世界状态下,ACCA整流罩展现出显著的稳定 性,而EM和端罐整流罩展现出比ACC1整流罩需要更多的阻尼。
[0130] 从许多实验室试验W及理论研究中可见,诸如图la中示出的具有较高的弦长比 的具有平行的罐和或长的罐的整流罩装置一般效率低但阻力更高并且流体动力稳定更差。 本发明的组合的特征已经示出,更小的且更轻的整流罩流体动力更有效,更小体积,更容易 存储并且更容易安装而不需要R0V。另外,可见本发明在许多不同种的流动环境中是可部署 的,符合在世界范围的不同地理位置变化的海洋洋流状态。
[0131] 根据本发明的另一个相比于现有技术的有益效果是单独的ACC整流罩一直沿着 竖管的垂直长度独立操作。考虑到当在水柱中操作整流罩,在竖管的顶部处的状态可完全 地不同于在较低段上。同样地,重要的是使整流罩在许多操作状态中稳定。根据本发明的 整流罩种类,可能的是有力地部署许多运样的接近彼此安装的整流罩。当需要许多整流罩 时,诸如在船舶上有许多生产竖管。运可为普通构造。考虑到描述的整流罩是全局稳定的, 其可处理在一些设置中可发生的不稳定状态。运是主要的有益效果。现有技术的整流罩可 能在竖管的一个段上工作良好,当其在其他段上可能不会工作良好。在一个水平面产生的 运种不稳定性可引起在其他段的不稳定性。
[0132] 用于整流罩的预安装的方法
[0133] 根据本发明的整流罩的另一个主要方面是他们W此方式构造:他们可在部署前, 预先安装在连接段,例如钻井竖管。此处关键点是整流罩可在部署前附接至钻井竖管,W节 约平台上的存储空间为目的。因此,整流罩必须足够小并且W此方式制造:当不使用时,其 可包围并密封钻井竖管。图10示出了安装整流罩之前的标准的现有技术中的竖管结合处。 图11示出了具有根据本发明的预先安装的整流罩的标准的现有技术竖管结合处。此处示 出具有一套=个整流罩,其通过可移除的束缚装置围绕竖管接合处的外周保持就位。可移 除的束缚装置可包括诸如由塑料或薄金属等支撑的条的刚性材料。由此,竖管结合处可和 适配的整流罩一起存储。优选的实施方式是具有不对称的蟹爪和可围绕竖管的后向折叠而 不重叠的罐的整流罩(ACC)。由此,为了节省空间,在存储期间,罐极为接近竖管。本预先安 装整流罩的新方法可适用于在先前掲露的实施方式中的任何不对称类型的整流罩,或者使 用在包括柔性可折叠的罐的任何种类的不对称或对称整流罩中。
[0134] 整流罩的预先安装是一种新的的概念并且代表了本发明的进一步的新的方面。现 今所有存在的整流罩是在竖管结合处连接在竖管线中之后安装的。根据本发明的整流罩设 计能够使整流罩折叠并且可轻易地预先安装。
[0135] 本方法和相关实施方式直接地适用于先前提到的可预先安装在圆柱形元件上整 流罩。对于海洋钻井竖管,运意味着竖管结合处可在被安装至竖管线之前与海洋整流罩适 配。正常的海洋探勘架存储能力是有限的,并且本发明帮助缓解空间需求问题。在存储期 间可改变海底竖管之间的空隙的公差,并且运样,由此原因可改变上述需求。对于新建物而 言,运是可调节的。
[0136] 本发明包括在存储期间可折叠并从而减小尺寸的整流罩设计。当准备部署时,激 活开放机制W将整流罩锁在预计位置,并且在操作期间固化结构W保持在位。
[0137] 当竖管被浸没在海洋中,可激活整流罩。整流罩可WWW下方法激活:
[0138] 整流罩包括在整流罩的内侧上的较链式的形状-固定装置,当整流罩打开时其折 叠起来,或者整流罩包括在整流罩的内侧上的凹槽,罐可折叠回并且形状-固定装置可插 入并且嵌入位置W确保整流罩的形状。
[0139] 举例而言,图10示出了在安装整流罩之前的竖管结合处。图11W立体图示出了具 有预先安装的整流罩的竖管结合处,其中具有根据本发明的可移除的束缚装置。图12是具 有具有图11的可移除的束缚装置的预先安装的整流罩的竖管结合处的垂向视图。在图11 和图12中,整流罩装置具有对称类型,Ξ个整流罩装置安装至圆柱形的竖管结合处上。图 13示出了图11或12的部分打开的预先安装的整流罩装置,其中移除了可移除的束缚装置 并且在部署之前整流罩装置部分地打开。图14示出了整流罩罐的内侧段,根据本发明的一 个方法和实施方式的带较链的形状-固定装置。示出较链式的形状-固定装置W包括两个 可折叠的襟翼,而为了符合圆柱形元件的形状,一个或两个襟翼均可向内折叠。图15示出 了根据图14的进一步的阶段,较链式的形状-固定装置与整流罩罐符合圆柱形元件的形状 并且使用锁定销保持在位。随后准备竖管结合处W用于部署。图16示出了具有根据本发 明的另一方法和实施方式的较链式的形状-固定装置的圆柱形元件的部分。在本实施方式 中,较链式的形状-固定装置可在整流罩装置的安装之前固定至圆柱形元件。可选择地,较 链式的形状-固定装置可在已经预先安装整流罩之后固定至圆柱。图17示出根据图16的 进一阶段,较链式的形状-固定装置向外折叠,符合整流罩装置的形状并且通过位于整流 罩装置的类罐部分的内侧上的凹槽保持在位。随后准备竖管结合处W用于部署。图18示 出了具有根据本发明的另一方法和是实施方式的预先安装的整流罩的部分圆柱形元件的 部分。形状-固
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