《立管鑽探再入控制研究》是依託上海交通大學，由孟帥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：立管鑽探再入控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孟帥
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬以申請人在日本九州大學博士課程研究為基礎，通過分析日本“地球號”立管鑽探船再入控制器的優勢和局限，同時參考深海立管動態特性和海洋工程領域控制技術最新研究進展，基於九州大學最新研發的二維再入控制器，開展立管鑽探三維再入控制研究。首先基於漢密爾頓原理嚴格推導懸臂立管三維運動方程。通過數值分析和模型實驗探究拖曳力(考慮順流渦激效應) 和橫流升力在不同邊界條件下的耦合關係，完成懸臂立管的三維動態特性分析。然後，基於LQI ( Linear Quadratic with Integral ) 或 LPV ( Linear Parameter Varying ) 技術研發三維再入控制器。通過MATLAB/Simulink 框圖測試控制器，並利用虛擬現實技術完成鑽井立管再入作業虛擬實驗。最後，通過在循環水槽的模型實驗完成對控制器性能的測試和評估。本研究將對我國未來建造首艘立管鑽探船有重要意義。
結題摘要
本項目主要研究成果匯報如下：（1）在渦激振動仿真計算中，當彎曲應力相對於張力作用占主導時，橫向振動結構非線性效應可顯著減小振動幅值並可改變主振模態。立管軸向振動耦合作用可緩解橫向結構非線性效應。（2）海洋立管在正常作業工況下，內流離心力可通過減小有效張力影響系統固有頻率,從而改變渦激振動主振模態及頻率，同時在內流超臨界區成功預測到屈曲-顫振耦合失穩現象。（3）海洋立管在脫離工況下，內流通過減小系統固有頻率從而改變渦激振動主振模態及頻率。同時立管可通過開口流損失或獲取能量，當內流速度較小時，可通過內流損失能量而抑制渦激振動。當內流超過一臨界速度時，系統可從內流中不斷吸收能量而失穩。臨界流速取決於洋流速度和主振模態。（4）海洋立管在泄漏工況下引入泄漏流非保守內流效應，在內流亞臨界區可通過泄漏流失去能量而改善穩定性，在超臨界區可因泄漏流效應成為穩定系統。當泄漏流速超過某臨界值時，系統在亞臨界區可喪失穩定性。（5）在立管參激振動中，內流離心力通過減小系統固有頻率而增加一階不穩定區。內流科氏力通過阻尼作用減小一階不穩定區，同時通過增加模態耦合作用擴大多模態耦合不穩定區。（6）海洋立管緊急脫離動態特性分析及最佳化設計控制系統時，必須考慮頂端平台和管內泄流柱對反衝立管的共同耦合作用。同時指出挪威科技大學提出的“SFM”模型與中國石油大學提出的“WFCM”模型都必須反饋立管瞬時動態回響。（7）基於控制理論研發立管緊急脫離反衝控制系統和再入控制系統，並利用MATLAB\Simulation完成仿真測試，同時已初步完成模型試驗測試，正在處理相關試驗數據，研究成果即將發表。本研究成果對發展內外流耦合基礎理論有重要學術價值，亦可為深海鑽井立管系統設計和安全作業提供理論依據和技術支撐。
