目前，适用于深水钻井作业的水上防喷器，简称SBOP，钻井系统已得到一定程度的应用，作业日费为常规隔水管系统的40%-50%，该系统一般采用X339.7mm，X80钢级或X406.4mm，Pl10钢级的高压套管配合水下断开系统(SDS)进行钻井作业。高压套管起到常规深水钻井中隔水管的作用，需要承担深水波流力作用下较大的横向弯矩。同时由于SBOP钻井系统的防喷器系统放置水面以上，还需要由高压套管来承受井控过程中巨大的内压力。另外，SBOP钻井系统在高压套管的上部和下部各采用1个应力短节来缓解应力集中，还需要探讨应力节的强度分析。
      假设深水SBOP钻井系统的高压套管隔水管为线弹性圆管，在外力的作用下仅产生微小变形，忽略内部钻柱对其抗弯刚度的影响，可以建立深水SBOP钻井系统高压套管隔水管理论分析模型，Erl：一隔水管的抗弯刚度， T(x)隔水管有效张力，隔水管单位长度重量，隔水管上的单位横向波流力，可根据Morison方程和海流力公式计算。为了求解方程，需要附加边界条件。对隔水管进行力学分析时一般假设隔水管底部没有横向偏移，即y1=0。但实际上，在泥线以下导管外径较小的情况下，隔水管底部将有一定的横向偏移yr。
      SBOP系统的套管隔水管下部应力节与水下SDS连接处的偏移和弯矩即为下边界条件。套管隔水管上部应力节与钻井平台上的水上BOP相连，认为上边界条件为钻井平台横向漂移量和上部应力节与水上BOP连接处的弯矩。式中Y-下部应力节与SDS连接处相对于，轴线的横向偏移，分别为上、下应力节连接处的转动刚度，上、下应力节连接处的偏移角度，L-套管隔水管长度，S-平台横向漂移距离。采用有限差分方法将套管隔水管全长L分为几等分，分段长为h，可将方程化为由(n-1)个方程组成的差分方程组，采用LU分解法进行求解，可得到套管隔水管各节点的横向偏移Y，偏移角度、弯矩M，进而可由公式得到套管隔水管的弯曲正应力。
      假设钻遇高压天然气地层时发生井喷，下部井筒和高压套管隔水管内的钻井液被顶光并充满了天然气，此时关井后套管隔水管内承受的压力为所有情况中的极限内压力。P-套管隔水管任意深度的内压力，Pa-井底天然气压力，Ps-钻遇高压区深度，H-套管隔水管任意深度，d-天然气比密度，甲烷为0.554。高压套管隔水管承受的外挤压力由管外液体(海水)形成，若以发生严重井漏，隔水管内没有钻井液考虑，某1200m水深的深水井的基本参数，高压套管隔水管外径339.7mm，壁厚14.25mm，其顶部张力比1.3，钻井船平均漂移36m，水面风力海流流速1.0m/s，潮流流速0.5m/s，波高8m，周期6s，钻井液密度1.2g/cm3，上部应力节与SBOP连接处的转动刚度500kN·m/rad，下部应力节与SDS连接处的转动刚度500kN·m/rad，下部应力节底部偏移为0.01。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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