【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，属于海洋天然气水合物开采管柱安全性与可靠性。
技术介绍
1、吸力桩井口装置是专门设计的吸力桩类型的结构，装置由一个底部开放顶部封闭的圆柱壳体组成，顶部设有井口，内部有环形或纵向加强筋，并且具有坚固的顶盖和一个同心的中心管(导管)，导管的深度一直延伸到吸力桩装置的底部开口处，因为导管将深入到吸力桩井口装置裙板深处，因此装置无需配备中心管盖即可实现封闭。典型的吸力桩井口装置重量为60至80吨，外形尺寸直径为5到6米，高度为8到12米，对海底土壤的穿透可达10至11米。
2、海上吸力桩多应用于锚固，较少用于建井，许多相关技术尚在发展阶段，虽然吸力桩建井技术经验证在海洋水合物开采中具有广泛的应用前景，但技术的发展缺乏可借鉴先例，也缺少相关理论计算方法和技术的支撑，其中，吸力桩导管或提出的预斜导管的优化设计和安全控制技术就在此列。
3、吸力桩井口导管水平动力阻抗是评价井口导管工作安全的重要指标，可以协助判断导管是否发生了过量变形或失效，通过计算水平动力阻抗，可以辅助优化井口的结构设计、制定井口安全控制方案等。
4、目前所建立的海底桩-土动力响应模型不适用于海洋水合物试采吸力桩井口导管这一新工况，不能很好的计算井口导管水平动力阻抗。因此开展基于吸力桩建井模式的吸力桩井口导管在土层和管柱动载荷综合作用下的水平振动安全性研究具对于相关工程设计与实践具有重要的理论意义和工程价值，对加速推动海洋水合物商业开采意义重大。
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，该方法可以根据提供的海底表层地层参数和开采管柱的周期性载荷特性，计算在导管载荷影响下，吸力桩井口导管的动力响应特性和水平动力阻抗特性，用于校验吸力桩井口的安全性，这对保障海洋天然气水合物生产的安全开展具有重要的工程意义。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，包括如下步骤：
4、获取目标井位附近海底表层地层参数和导管参数；
5、根据包括试采工艺参数在内的数据，确定水合物生产管柱可能发生的振动形式，以及发生的振动载荷和振动频率的范围；
6、基于理论计算方法和水合物生产管柱可能发生的振动形式，以及发生的振动载荷和振动频率的范围，建立吸力桩井口导管底部水平动力阻抗计算模型；
7、在计算模型中输入海底表层地层参数和导管参数，计算获得吸力桩井口导管底部水平动力阻抗。
8、所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，优选地，海底表层地层参数包括：土体密度、井口土体剪切模量、井口土体泊松比和阻尼比；
9、所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，优选地，导管参数包括：导管载荷角频率范围、导管剪切模量、管柱载荷的振幅、导管外径、导管密度和导管壁厚。
10、所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，优选地，吸力桩井口导管底部水平动力阻抗计算模型公式如下：
11、
12、kh＝kr+iki
13、式中，kh为吸力桩导管底部的水平阻抗；kr为无量纲系数；iki为阻尼系数；为导管第i段的剪切力；为导管第i段的水平位移幅值；l为导管长度。
14、本专利技术第二方面提供一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算装置，包括：
15、第一处理单元，用于获取目标井位附近海底表层地层参数和导管参数；
16、第二处理单元，用于根据包括试采工艺参数在内的数据，确定水合物生产管柱可能发生的振动形式，以及发生的振动载荷和振动频率的范围；
17、第三处理单元，用于基于理论计算方法和水合物生产管柱可能发生的振动形式，以及发生的振动载荷和振动频率的范围，建立吸力桩井口导管底部水平动力阻抗计算模型；
18、第四处理单元，用于在计算模型中输入海底表层地层参数和导管参数，计算获得吸力桩井口导管底部水平动力阻抗。
19、本专利技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法的步骤。
20、本专利技术第四方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法的步骤。
21、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
22、1、本专利技术建立了吸力桩建井模式下吸力桩井口导管与地层土体和管柱间的水平振动模型，得到了导管底部水平阻抗的解析解，可以计算多个影响因素对导管底部水平阻抗的影响规律。
23、2、本专利技术的分析方法可以根据提供的海底表层地层参数和开采管柱的周期性载荷特性，计算在导管载荷影响下，吸力桩井口导管的动力响应特性和水平动力阻抗特性，用于校验吸力桩井口的安全性。该方法对保障海洋天然气水合物生产的安全开展具有重要的工程意义，解决当前海洋水合物试采过程中吸力桩井口导管受管柱连续载荷和海底表层地层参数共同影响下的动力响应和水平动力阻抗计算问题，为天然气水合物开采管柱安全性与可靠性提供了有效的技术支持。
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1.一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，海底表层地层参数包括：土体密度、井口土体剪切模量、井口土体泊松比和阻尼比。
3.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，导管参数包括：导管载荷角频率范围、导管剪切模量、管柱载荷的振幅、导管外径、导管密度和导管壁厚。
4.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，吸力桩井口导管底部水平动力阻抗计算模型公式如下：
5.一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算装置，其特征在于，包括：
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任意一项所述海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法的步骤。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行
...【技术特征摘要】
1.一种海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，海底表层地层参数包括：土体密度、井口土体剪切模量、井口土体泊松比和阻尼比。
3.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，导管参数包括：导管载荷角频率范围、导管剪切模量、管柱载荷的振幅、导管外径、导管密度和导管壁厚。
4.根据权利要求1所述的海底吸力桩井口导管底部水平动力阻抗分析计算方法，其特征在于，吸力...
【专利技术属性】
技术研发人员：李中，何玉发，方兴，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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