[发明专利]悬挂状态钻井隔水管动态响应预测方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种悬挂状态钻井隔水管动态响应预测方法、系统及存储介质，包括以下步骤：计算目标位置的响应参数和监测位置的加速度之间的传递函数；计算监测位置的实际加速度监测数据的功率谱密度；将传递函数和监测位置的加速度功率谱密度相乘得到目标位置响应参数的功率谱密度；求解每一监测周期目标位置响应参数的功率谱密度的均方根值，并乘以设定值作为动态响应参数在每一监测周期内的峰值预测值，反映在每一监测周期内该动态响应参数的有效值；即得到隔水管系统悬挂期间的动态响应预测参数。

技术领域

本发明涉及一种基于加速度振动监测数据的悬挂状态钻井隔水管动态响应预测方法、系统及存储介质，属于海洋石油工程和深水油气领域。

背景技术

深水钻井作业中，钻井隔水管是连接海底井口与海面作业平台的重要通道，是深水油气勘探开发的重要设备。隔水管在遇到恶劣天气或工况(如台风、强内波流)时，钻井平台需要紧急撤离，保证人员及设备的安全。

目前常规避台方案是平台解脱并回收全部隔水管后航行至安全区域，待环境条件允许后，将隔水管需要重新下放，重新开始钻井作业。这种方案效率极低，会导致非作业时间增长，从而增加钻井的成本。还存在其他避台方案，例如悬挂撤离避台，当紧急遇到台风天气时，平台回收部分隔水管，未回收的隔水管悬挂于平台，随平台一起航行撤离至安全区域。该方案可以延长钻井作业时间，比常规的回收全部隔水管具备一定的优势；然而，因航速难以提高(推荐最高不超过0.3节航速)，航行撤离效率难以保证，因此该方案作为紧急状态下的备用方案(尤其在台风工况下)，存在一定的安全风险。因此，在悬挂状态和悬挂撤离状态下，隔水管状态监测和预警对于保证和提高恶劣海况下的悬挂隔水管系统的安全状态显得至关重要。但在悬挂和悬挂撤离等应急状态下，钻井隔水管由于现场作业原因，无法安装太多监测传感器或者部分重点关注区域不便安装传感器时，因而导致无法监测整根隔水管状态。

为此，亟需开发一种基于监测数据的隔水管动态响应预测系统，为确保悬挂隔水管作业安全提供决策支持，降低事故的发生，提高海上钻井作业安全。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用隔水管振动加速度监测数据进行悬挂状态下隔水管的动态响应预测方法、系统及存储介质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种悬挂状态钻井隔水管动态响应预测方法，包括以下步骤：

计算目标位置的响应参数和监测位置的加速度之间的传递函数；

计算监测位置的实际加速度监测数据的功率谱密度；

将传递函数和监测位置的加速度功率谱密度相乘得到目标位置响应参数的功率谱密度；

求解每一监测周期目标位置响应参数的功率谱密度的均方根值，并乘以设定值作为动态响应参数在每一监测周期内的峰值预测值，反映在每一监测周期内该动态响应参数的有效值；即得到隔水管系统悬挂期间的动态响应预测参数。

在一些实施例中，优选地，传递函数的计算过程如下：

①计算隔水管系统的前1～N阶的自振频率；

②对隔水管系统顶端位置处施加含1～N阶自振频率振动信号的加速度正弦激励，

③对隔水管系统进行有限元计算，提取稳定状态后监测位置处的加速度时程数据和目标位置处的响应参数时程数据，均进行傅里叶变换的频域处理后，得到不同自振频率下的目标位置处的响应参数幅值；

④将得到的不同自振频率下的目标位置处的响应参数幅值依次与同等频率下的监测位置的加速度正弦激励幅值进行相除，得到隔水管系统在不同自振频率下的目标位置的响应参数和监测位置的加速度之间的传递函数。

在一些实施例中，优选地，监测位置的实际加速度监测数据的功率谱密度的计算过程如下：