1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Xác định tác động của dòng hải dương đến kết cấu trụ/ đường ống dẫn của giàn khoan tại khu vực nước sâu

9 36 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 9
Dung lượng 652,44 KB

Nội dung

Khi khai thác dầu khí tại khu vực nước sâu, các kết cấu trụ (như riser, conductor…) được sử dụng để bảo vệ các thiết bị khoan, khai thác, tránh tình trạng bị dao động, rung lắc do tác động của dòng hải dương. Bài báo mô phỏng tác động của dòng hải dương đến các kết cấu trụ như riser, conductor và tính toán biên độ dao động cực đại, tần số dao động. Kết quả mô phỏng giúp nâng cao hiểu biết về tác động của dòng hải dương đến hệ thống riser, conductor nói riêng và các thiết bị có kết cấu trụ tròn khác nói chung, đồng thời đề xuất các giải pháp nhằm hạn chế rủi ro, tác động của dòng hải dương đến kết cấu trụ, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành khai thác.

PETROVIETNAM XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG HẢI DƯƠNG ĐẾN KẾT CẤU TRỤ/ ĐƯỜNG ỐNG DẪN CỦA GIÀN KHOAN TẠI KHU VỰC NƯỚC SÂU Ngô Hữu Hải, Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Hải An, Nguyễn Thế Tuấn Linh Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí Email: linhntt1@pvep.com.vn Tóm tắt Khi khai thác dầu khí khu vực nước sâu, kết cấu trụ (như riser, conductor…) sử dụng để bảo vệ thiết bị khoan, khai thác, tránh tình trạng bị dao động, rung lắc tác động dòng hải dương Bài báo mơ tác động dòng hải dương đến kết cấu trụ riser, conductor tính tốn biên độ dao động cực đại, tần số dao động Kết mô giúp nâng cao hiểu biết tác động dòng hải dương đến hệ thống riser, conductor nói riêng thiết bị có kết cấu trụ tròn khác nói chung, đồng thời đề xuất giải pháp nhằm hạn chế rủi ro, tác động dòng hải dương đến kết cấu trụ, góp phần nâng cao hiệu vận hành khai thác Từ khóa: Kết cấu trụ, đường ống dẫn, mơ số, dao động, dòng xốy, dòng chảy, dòng hải dương Giới thiệu Trong điều kiện khai thác xa bờ, đặc biệt khu vực nước sâu, kết cấu trụ riser, conductor thường bị dao động tác động dòng hải dương, đặc biệt dẫn xuất dòng xốy (vortex induced vibration - VIV) Sự phát triển hệ thống máy tính, phương pháp mơ động học dòng hải dương (computational fluid dynamics - CFD) đóng góp thiết thực nghiên cứu tác động dòng hải dương đến cơng trình biển Dao động kết cấu trụ tác động dòng chảy vấn đề quan tâm nghiên cứu giới Sarpkaya [1], Govardhan Williamson [2] tổng hợp kết nghiên cứu dòng xốy Các tham số tỷ số biên độ, tỷ số tần số, tỷ số khối lượng mơ hình xốy sau trụ đại lượng quan tâm chủ yếu Feng [3] nghiên cứu dao động kết cấu trụ với hệ số khối lượng kháng chấn (m* ζ) = 248 Biên độ dao động cực đại lên đến 0,6 lần đường kính (D), đạt vận tốc vơ hướng (Ur = U/Dfn) đạt ~ 6, fn tần số tự nhiên kết cấu trụ Khi khối lượng trụ nhỏ hơn, biên độ dao động cực đại lớn nhiều mô tả theo thí nghiệm Khalak Williamson [4], Govardhan Williamson [2] Dao động trụ có trường hợp tỷ số khối lượng vô hướng m* < 10, nhận thấy trụ dao động theo nhánh, phụ thuộc vào khoảng vận tốc vô hướng: nhánh bắt đầu, nhánh thấp nhánh cao Ở nhánh thấp, xốy theo mơ hình xốy đơn (2 Single - 2S) xuất hiện, nhánh cao, xoáy thể mơ hình cặp (2 Pair - 2P), đó, xốy có cường độ xốy nhỏ xốy lại [5] Kết cấu trụ dao động tự tác dụng dòng hải dương nhà khoa học nghiên cứu khoảng số Reynolds khác Trong điều kiện biển Việt Nam, tác động dòng hải dương đến kết cấu trụ nhóm tác giả nghiên cứu khoảng số Reynolds trung bình, subcritial, khoảng 20.000 Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu ứng dụng phương pháp CFD Reynolds Average Navier Stokes (RANS), phần mềm mơ ANSYS Fluent để tính tốn dao động kết cấu trụ nói chung riser, conductor nói riêng tác động dòng hải dương Mơ hình dòng hải dương phương pháp số 2.1 Phương pháp số Phương pháp CFD RANS mơ hình tốn học phổ biến, giải vấn đề dòng chảy rối biến thiên theo thời gian, áp dụng để tính tốn mơ dòng hải dương Mơ hình dòng chảy rối áp dụng phương trình trung bình Reynolds Navier-Stokes chia thành thành phần: giá trị trung bình theo thời gian giá trị biến động thể theo phương trình: (1) tensor vận tốc biến dạng trung bình, , , thể giá trị tức thời, trung bình dao động vận tốc fi vector lực Đại lượng tensor ứng suất Reynolds Để giải tốn mơ mơ hình RANS, giả thuyết Boussinesq độ nhớt rối áp dụng, giả Ngày nhận bài: 14/2/2017 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 17/2 - 17/4/2017 Ngày báo duyệt đăng: 5/5/2017 DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 77 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ thuyết phương trình để tính tensor ứng suất Reynolds tỷ lệ với tensor tốc độ biến dạng trung bình : Tốc độ phân tán lượng: (2) μt đại lượng vô hướng độ nhớt rối Mơ hình dòng chảy phương trình k - ω k - ε tính tốn dựa đại lượng động rối: Mơ hình k - ω Mentor SST Tốc độ phân tán lượng riêng: , (3) Khi sử dụng mơ hình dòng chảy rối, dự đốn giá trị điều kiện biên quan trọng để mơ dòng chảy xác, trường hợp số Reynolds cao Các đại lượng điển hình cho dòng chảy rối k, ε ω tính tốn dựa cường độ rối (Turbulence intensity - I) tỷ số nhớt rối (turbulence viscos ratio - β) [6] 2.1.1 Cường độ rối (I) (7) (8) 2.2 Phương trình động học kết cấu trụ Khi kết cấu trụ dao động tự do, chuyển động tạo tác động dòng chất lưu Dao động dòng hải dương qua kết cấu trụ thường chứng minh thực nghiệm mơ qua hệ thống bậc tự bao gồm trụ - lò xo - giảm chấn (mass - spring - damper) (Hình 1) Phương trình bậc tự thể hiện: (9) Cường độ rối I tỷ số giá trị hiệu dụng (rms) thành phần biến thiên vận tốc u' vận tốc trung bình dòng chảy (4) Cường độ rối cho dòng hải dương thường khoảng giá trị 2% tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Khi mơ tương tác dòng hải dương tới kết cấu trụ, việc xác định cường độ rối quan trọng để có kết mơ xác, thường ước tính qua kết thí nghiệm [7] 2.1.2 Tỷ số độ nhớt rối (β) Trong đó: m: Khối lượng trụ; K: Độ cứng lò xo; c: Hệ số giảm chấn; Ffluid,y: Lực tác động chất lưu tác động đến trụ theo phương vng góc với chiều dòng hải dương, tính lực nhớt lực tạo áp suất xung quanh trụ từ phương trình Navier Stokes Phần mềm mơ động học dòng hải dương ANSYS Fluent sử dụng để mơ dòng chảy Để tính tốn tác động dòng hải dương lên trụ, phương Tỷ số độ nhớt rối (β) tính độ nhớt rối νt chia cho vận tốc điều hòa (ν): (5) Khi dòng hải dương chảy qua hệ thống kết cấu trụ, tỷ số độ nhớt rối nhỏ, thường nằm khoảng < < 10 , theo kết thực nghiệm 2.1.3 Tính tốn giá trị điều kiện biên Trong mơ hình RANS, người sử dụng trực tiếp xác định giá trị cường độ rối tỷ số độ nhớt rối, từ đó, giá trị điều kiện biên cần thiết cho mô k, ε ω tính tốn theo phương trình đây: Mơ hình k - ε: Động rối: 78 DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 (6) Hình Mơ hình trụ dao động tự theo phương y PETROVIETNAM trình User Defined Function (UDF) viết tảng ngơn ngữ lập trình C để kết hợp lực chất lưu tính tốn Fluent với chuyển động học trụ sử dụng phương trình bậc tự (9) UDF tính tốn vị trí trụ thay đổi tác động lực dòng hải dương Ffluid, y bước thời gian (time step) Từ đó, vận tốc bước thời gian từ phương trình (9) tính theo cơng thức: (10) Vận tốc tính theo phương trình (10) minh giải nhập vào Fluent để tính tốn vị trí trụ bước thời gian Fluent chia lưới lại dựa vị trí trụ sử dụng phương pháp chia lưới động (MDM) bước thời gian Khi sử dụng mơ hình dòng chảy rối hai phương trình k - ω, vấn đề quan trọng phải tính tốn giá trị cường độ rối tỷ số độ nhớt rối Giá trị I = 1,4% β = 10 sử dụng sau thực mô ứng dụng, giá trị thích hợp [8] Phương pháp thể tích hữu hạn áp dụng để mơ dòng hải dương Bước thời gian với giá trị 0,002 giây áp dụng để trì ổn định tính xác mơ Mơ tính tốn 21 chu kỳ dao động trụ đến kết mô đạt giá trị ổn định Phương pháp lưới động “Smoothing” áp dụng chuyển động trụ làm biến dạng miền mô chuyển động trụ lưới Thời gian mô kéo dài khoảng - 12 CPU với processor cho tính tốn 2.3 Các thơng số mơ Mơ hình 2D thể Hình Miền mơ có kích cỡ 20D x 40D xác định điều kiện biên gồm: biên vào, biên ra, biên trên, biên trụ Tại biên vào, dòng hải dương sử dụng với điều kiện điều hòa với vận tốc khơng đổi theo phương x Vận tốc dòng hải dương thay đổi để phù hợp với số Reynolds cần nghiên cứu Ở biên ra, áp dụng giá trị điều kiện đầu tự (free outlet) Ở biên biên dưới, giả định miền dòng hải dương khơng bị ảnh hưởng trụ q trình mơ khoảng cách từ trụ đến biên lớn, biên biên áp dụng điều kiện đối xứng (symmetry) Đối với kết cấu trụ, điều kiện biên sử dụng mô không thấm chống trượt (u = 0, v = 0) Khi trụ chuyển động, mơ hình động học lưới áp dụng lưới chuyển động theo chuyển động trụ Miền mô chia lưới theo dạng cấu trúc tứ giác gồm 44.800 phần tử Phần mềm chia lưới ANSYS meshing sử dụng để chia lưới nhập vào chương trình mơ ANSYS Fluent Xung quanh trụ chia làm 400 phần 60 phần xung quanh miền tiếp xúc với trụ Những phần tử điều chỉnh lớn phần tử để giảm lượng tài nguyên máy tính Chi tiết mơ hình chia lưới thể Hình Trong q trình mơ phương pháp CFD, để dự đốn lực xác, giá trị y+ giữ khoảng xung quanh Để đạt giá trị này, phần tử gần trụ xác định với giá trị 0,0014D (Hình 3c) Giá trị vận tốc U, đường kính D giá trị dòng hải dương xác định để đạt số Re = 10.000 Hình Miền dòng chảy (a) (b) (c) Hình Chia lưới (a) miền mơ phỏng, (b) lưới xung quanh trụ, (c) phóng to lưới quanh trụ DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 79 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ Bảng Kết thử mật độ lưới Re = 3.900 10.000 sử dụng mô hình realizable k - ε (RKE) Mơ hình A B C D E F G Re = 3.900 Cỡ lưới (số phần tử) Cd 13.300 (to) 0,88 20.300 0,87 31.200 (TB1) 0,86 37.800 0,86 44.800 (TB2) 0,86 56.010 0,86 78.000 (nhỏ) 0,86 Re = 10.000 Cỡ lưới (số phần tử) Cd 13.300 0,97 16.100 0,98 20.300 0,94 37.800 0,92 44.800 0,92 56.010 0,92 78.000 0,92 Cl 0,33 0,28 0,28 0,21 0,21 0,21 0,21 1 0,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 Cl 0,36 0,28 0,3 0,27 0,27 0,27 0,27 0 20000 40000 Số phần tử 60000 80000 20000 40000 Số phần tử 60000 80000 (a) (b) Hình Giá trị Cd Cl với lưới có số phần tử khác sử dụng mơ hình RKE Re 3.900 (a) 10.000 (b) Kết thảo luận 3.1 Dòng hải dương rối qua kết cấu trụ tĩnh Re = 3.900 10.000 Đầu tiên, mô kết cấu trụ tĩnh tiến hành để mơ lại kết thí nghiệm có trước mơ mơ hình động diễn Miền dòng hải dương chia với mật độ từ 10.000 - 80.000 phần tử tiến hành giá trị Re cụ thể 3.900 10.000 Giá trị lực cản (Cd) lực nâng (Cl) sử dụng để kiểm tra độ ổn định mơ hình Các giá trị mơ tổng hợp Bảng Hình cho thấy số phần tử đạt 44.800 miền mô phỏng, giá trị Cd Cl thay đổi không đáng kể Sự phân bố áp suất xung quanh trụ thể hiện, với lưới C (lưới trung bình), thay đổi phân bổ áp suất xung quanh trụ gần không thay đổi (Hình 5) Trên sở này, lưới với kích cỡ 44.800 phần tử sử dụng để mơ dòng hải dương qua trụ Trong q trình mơ phỏng, mơ hình dòng chảy rối khác như: mơ hình dòng điều hòa (laminar), standard k - ε (SKE), realizable k - ε (RKE), standard k - ω 80 DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 Hình Sự phân bổ áp suất quanh trụ Re = 3.900 (SKW), SST k - ω SST sử dụng thử so sánh với kết thực nghiệm khác Bảng tổng hợp giá trị Cd, Cl St Re = 3.900 10.000 Kết mô sử dụng mơ hình SKW gần với giá trị Cd, Cl thực nghiệm Các mơ hình mơ khác có khác biệt tính tốn lực nâng lực đẩy Giá trị mô phương pháp SKW gần với giá trị mô hình mơ 3D LES [9], với mơ hình xây dựng với gần triệu phần tử Mơ hình dòng PETROVIETNAM Bảng Tổng hợp lực đẩy, lực nâng số Strouhal Re = 3.900 10.000 Reynolds numbers Cd 1,6 0,8 0,98 1,2 1,63 1,6 0,99 0,985 1,08 Laminar SKE RKE SKW SST KW SST VMS - LES [9] Lourenco, Shih (1993) Breuer (1998) 3.900 Cl 1,4 0,05 0,4 0,55 1,5 1,6 St 0,2 0,2 0,22 0,2 0,22 0,23 0,21 10.000 Cl 1,5 0,19 0,4 0,6 0,2 1,75 Cd 1,7 0,7 0,92 1,25 1,60 1,65 1,22 0,38 0,44 Chen (1971) Hassan (1963) Kecfe (1961) H.Schlichting (1979) 0,995 (a) St 0,21 0,21 0,2 0,21 0,21 0,2 0,47 0,58 0,58 0,38 1,1 (b) (c) (d) Re = 3.900 Re = 10.000 (e) (f) Hình Dòng xốy phía sau trụ (a, b) vector vận tốc, (c, d) cường độ xoáy (1/s) Re = 3.900 10.000, (e, f) ảnh chụp dòng hải dương xốy [9] DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 81 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ (a) (b) Hình Phân bổ hệ số áp suất trung bình xung quanh trụ Re 3.900 (a) 10.000 (b) xốy tạo mơ hình mơ rối (Hình 6) thể mơ hình xốy 2S, đồng với mơ hình thực nghiệm với giá trị số Reynolds Sự phân bố áp suất xung quanh kết cấu trụ tròn Re = 3.900 Re = 10.000 tính tốn sử dụng mơ hình mơ rối Hình thể hệ số áp suất trung bình xung quanh trụ thu Re = 3.900 10.000 Kết mơ dự đốn tốt phân bổ áp suất xung quanh trụ, nhiên lớn so với kết thí nghiệm Các mơ mơ hình 2D cho kết tương đương với kết thu mô 3D VMS - LES thực Stephen et al [9] Kết mô cho kết cấu trụ tĩnh cho thấy áp dụng CFD để giải vấn đề dòng hải dương cơng trình biển Ngồi ra, so sánh kết tính tốn thơng số đo lường cho thấy kết CFD cho tác động dòng hải dương tới hệ thống trụ dự đốn tốt mơ hình rối SKW tiếp tục ứng dụng mơ hình động 3.2 Dao động tự kết cấu trụ tác động dòng hải dương Nhóm tác giả nghiên cứu lực, phản hồi kết cấu trụ tròn tác động dòng chảy Vấn đề dao động riser, conductor chủ yếu dẫn xuất dòng xốy, cơng ty dầu khí giới quan tâm nghiên cứu Với điều kiện biển Việt Nam, kết cấu trụ với tỷ lệ khối lượng giảm xóc (m* ζ) thấp tiến hành Nghiên cứu phân tích mô Pan [10] thực nghiệm Khalad Williamson [11] điều kiện dòng chảy trung bình (subcritical Reynolds) Hệ thống riser cứng mơ thông qua kết cấu trụ cứng dao động tự theo phương y Do giá trị biên độ dao động lực đẩy nhỏ biên độ 82 DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 Bảng Định nghĩa đại lượng mô A* A/D Tỷ lệ biên độ Khối lượng chất lỏng chiếm chỗ Khối lượng bổ sung Khối lượng hệ thống dao động Tỷ lệ khối lượng Tần số dao động tự nhiên hệ thống Tần số dao động trụ Tỷ lệ tần số / Vận tốc vô hướng (reduced velocity) Bảng Các thơng số hệ thống mơ Tỷ số khối lượng Tỷ số giảm chấn Tỷ số khối lượng giảm chấn ߞ ݉ ߞ 1,5 0,0072 0,0108 dao động lực nâng lớn nên vấn đề dòng xốy chủ yếu tập trung vào dao động vng góc với dòng chảy Mơ hình mơ 2D tác động hình trụ tròn lên dòng hải dương thể Hình Kết mơ so sánh với thí nghiệm Khalad Williamson [11] với giá trị Bảng Phương trình chuyển động với bậc tự sử dụng chuyển động trụ dựa phương pháp lưới chuyển động (Moving Dynamic Mesh) Mô tiến hành với số Reynolds cố định 10.000 Trong thí nghiệm VIV, số Reynolds yếu tố có ảnh hưởng so với vận tốc vô hướng Ur Số Reynolds khơng thay đổi nhiều yếu tố có nhiều ảnh hưởng để đánh giá cấu trúc ảnh hưởng VIV: biên độ tần số dao động Trong báo này, mô tiến hành với chuỗi giá trị tốc độ vô hướng khoảng < Ur < 15 Tỷ số biên độ dao động PETROVIETNAM (A* = A/D) (Hình 8) so sánh với kết thực nghiệm Khalak Williamson (1996) [11] Kết mô 0,9 Khalak and Williamson [11] 0,8 Pan et al [10] 0,7 A/D 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 10 15 20 Hình Tỷ số biên độ dao động hệ thống vận tốc vô hướng khác 3,5 Kết mô Khalad & Williamson [11] 2,5 Kết biên độ dao động cho thấy mô thể xu hướng thí nghiệm Khalad Williamson [11], biên độ dao động thể nhánh khác nhau: đầu, cao, thấp Giá trị biên độ dao động cao ghi nhận A* = 0,8 Ur ≈ so sánh với biên độ cao A* ≈ 1,08 cho Ur ≈ 5,8 thực nghiệm Sự thay đổi đột ngột biên độ dao động quan sát Ur = với biên độ < 0,03D đến khoảng 0,8D Ur = Trong vùng chuyển tiếp này, biên độ lực cản giảm lực nâng tăng đột ngột (Hình 10) Biên độ mơ cao 0,8D nhỏ so với Khalak Williamson (1996) [11], nhiên, kết mô gần với kết thực nghiệm kết Pan et al (2007) [10] với phương pháp mô 2D RANS tương tự sử dụng mơ hình mơ SST KW f* 1,5 0,5 0 10 Hệ số lực, biên độ Hình Tỷ số tần số trong chuỗi giá trị vận tốc vô hướng 15 Trong khoảng < Ur < quan sát trụ dao động tương ứng với nhánh cao < Ur < 12, trụ dao động biên độ tương ứng với nhánh thấp, phản ánh thực nghiệm Tại khu vực này, dao động hình trụ theo hình sin Khi Ur > 12, biên độ dao động giảm đột ngột, với biên độ khoảng 0,1D tiếp tục trì giá trị thấp (khoảng 0,1D) tiếp tục tăng Ur, phản ánh nhánh thoái trào thực nghiệm Khalad Williamson (b) Hệ số lực, biên độ (a) (c) (d) Hình 10 Hệ số lực nâng, đẩy biên độ biến thiên theo thời gian số giá trị vận tốc vô hướng khác (a) Ur = 2, (b) Ur = 5, (c) Ur = 8, (d) Ur = 12 DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 83 CƠNG NGHỆ - CƠNG TRÌNH DẦU KHÍ Sự thay đổi biên độ dao động biên độ tối đa A* có chút khác biệt so với thực nghiệm Sự suy giảm đột ngột biên độ chuyển động thể khoảng 11 < Ur < 12 Tuy nhiên, kết mô tương đồng với kết mơ Pan et al [10] Hình thể tỷ lệ tần số f* = fo/fn biến thiên vận tốc vô hướng khoảng từ < Ur < 15 Trong khoảng vận tốc vô hướng < Ur < 4, f* tương đối thấp Tại giá trị vận tốc vô hướng Ur = 2, tỷ lệ tần số f* nhỏ, khoảng 0,5 tăng dần vận tốc vô hướng tăng Trong phạm vi từ < Ur < 5, đồ thị cho thấy xu hướng f* tăng tốc độ vô hướng tăng Sau Ur = 5, tỷ lệ tần số ổn định khoảng 1,15 - 1,25 biến thiên đồ thị gần đường thẳng Khi vận tốc Ur = 10, tỷ lệ tần số tăng đột biến lên 2,2 biên độ dao động giảm nhanh chóng Tỷ lệ tần số đạt giá trị cao ~ vận tốc vô hướng = 15 Nhìn chung, tỷ lệ tần số tương đồng với thí nghiệm, xu hướng chung Hình 10 cho thấy thay đổi hệ số đẩy nâng vận tốc vô hướng khác Hệ số kéo đẩy trung bình tăng đột từ khoảng 1,5 - > vận tốc vô hướng tăng khu vực “locked-in” (Hình 10a, b, c) Như thấy Hình 10b 10c, Ur = 8, biên độ hệ số đẩy dao động với biên độ lớn Khi Ur = 12, lực cản giảm đáng kể, với trung bình Cd khoảng 1,1 dao động với biên độ thấp Khi Ur thấp, biên độ hệ số nâng Cl > tiếp tục giảm tăng Ur với giá trị 0,5 - 0,6 cho phạm vi Ur từ - 12 Điều tương phản với biên độ dao động khoảng Ur nêu Dựa kết mơ phỏng, thấy, dao động kết cấu trụ tác động dòng hải dương có ảnh hưởng lớn dao động dòng xốy (VIV) Điều (a) (b) (c) (d) quan trọng để giảm dao động tránh khả gây cộng hưởng, điều khắc phục cách: - Tránh khu vực gây cộng hưởng, đặc biệt khoảng Ur từ - 12, cách tăng độ cứng trụ tròn; - Gắn thêm số thiết bị giảm xốy (Hình 11) vào kết cấu trụ để giảm phân tách dòng chảy, qua khơng tạo xốy dòng hải dương chảy qua riser, conductor - Với điều kiện dòng hải dương Việt Nam phức tạp, cần giảm phân tách dòng chảy để khơng tạo xốy Việc thay đổi vật liệu để tăng độ cứng kết cấu trụ khó khăn có giá thành cao Do để giảm dao động dòng xốy, giải pháp phù hợp lắp đặt ván xoắn (Hình 11a) với giá thành thấp hiệu cao Việc lắp đặt ván xoắn kiến nghị theo thông số sau: - Độ dài: 0,1D; - vằn xoắn song song phân bố xung quanh trụ; - Khoảng cách lặp lại vòng xoắn: 3,6 - 5D Tuy nhiên, cơng trình biển Việt Nam có độ sâu chưa lớn nên khoảng cách 5D kiến nghị sử dụng [12] Kết luận Bài báo mô tác động dòng hải dương đến kết cấu trụ mơ hình 2D RANS số điều kiện cụ thể So sánh kết mô kết thực nghiệm cho thấy mơ hình 2D RANS có khả tính tốn xác hệ số đẩy, nâng biên độ dao động kết cấu trụ ảnh hưởng dòng hải dương, đặc biệt dòng xốy Mơ hình 2D RANS dòng chảy có số Reynolds trung bình phản ánh vấn đề diễn riser, conductor thể tính ưu việt so với mơ số [10] Biên độ chuyển động đạt đến 0,8D Ur ≈ khoảng “lock-in” thể tốt mô Kết mô cho thấy tác động biên độ dao động dòng chảy hệ thống riser, conductor đáng kể; cho thấy khả áp dụng giải pháp để tính tốn dao động flexible riser mơ hình 3D Tài liệu tham khảo T.Sarpkaya A critical review of the intrinsic nature of vortex-induced vibrations Journal of Fluids and Structures 2004; 19(4): p 389 - 447 (e) 84 (f) (g) Hình 11 Các thiết bị làm giảm xốy [12] DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 (h) R.Govardhan, C.H.K.Williamson Modes of vortex formation and frequency response of a freely vibrating cylinder Journal of Fluid Mechanics 2000; 420: p 85 - 130 PETROVIETNAM C.C.Feng The measurement of vortex induced effects in flow past a stationary and oscillating circular and D-section cylinders University of British Columbia, Canada 1968 A.Khalak, C.H.K.Williamson Fluid forces and dynamics of a hydroelastic structure with very low mass and damping Journal of Fluids and Structures 1997; 11(8): p 973 - 982 Numerical Towing Tank Symposium, Muilheim, Germany - September, 2013 Stephen Wornom, Hilde Ouvrard, Maria Vittoria Salvetti, Bruno Koobus, Alain Dervieux Variational multiscale large-eddy simulations of the flow past a circular cylinder: Reynolds number effects Computers & Fluids 2011; 47(1): p 44 - 50 Navrose, Sanjay Mittal Free vibrations of a cylinder: 3-D computations at Re = 1000 Journal of Fluids and Structures 2013; 41: p 109 - 118 10 Z.Y.Pan, W.C.Cui, Q.M.Miao Numerical simulation of vortex-induced vibration of a circular cylinder at low massdamping using RANS code Journal of Fluids and Structures 2007; 23(1): p 23 - 37 Jonas Bredberg On the wall boundary condition for turbulence models Chalmers University of Technology, Sweden 2000 11 A.Khalak, C.H.K.Williamson Dynamics of a hydroelastic cylinder with very low mass and damping Journal of Fluids and Structures 1996; 10(5): p 455 - 472 Joško Parunov ISSC 2009 - 17th International Ship and Offshore Structures Congress Brodogradnja 2009; 60(3): p 324 - 325 12 Robert D.Blevins Flow-induced vibration (2nd edition) Krieger Publising Company Malabar, Florida 2001 Nguyen The Tuan Linh, Pandeli Temarel, John Chaplin Flow around fixed cylinder in tandem 16th Determining the impact of ocean current on riser/conductor system in deepwater area Ngo Huu Hai, Nguyen Thanh Hai, Nguyen Hai An, Nguyen The Tuan Linh Petrovietnam Exploration and Production Corporation Email: linhntt1@pvep.com.vn Summary When producing oil and gas in deepwater area, the cylindrical structures (such as riser and conductor) are used to protect drilling equipment and avoid vibration due to the impact of ocean currents In this paper, the authors simulate the impact of ocean currents on cylindrical structures such as riser and conductor and calculate the maximum oscillation amplitude and the oscillation frequency The simulation results help improve the understanding of the impact of ocean currents on the riser and conductor system in particular and other cylindrical equipment in general, and at the same time solutions are proposed to mitigate risk and impact of ocean currents on the cylindrical structures, contributing to improving the efficiency of production and operation Key words: Cylindrical structure, conductor, numerical simulation, oscillation, vortex, flowline, ocean current DẦU KHÍ - SỐ 5/2017 85 ... Phương trình động học kết cấu trụ Khi kết cấu trụ dao động tự do, chuyển động tạo tác động dòng chất lưu Dao động dòng hải dương qua kết cấu trụ thường chứng minh thực nghiệm mơ qua hệ thống bậc tự... sánh kết tính tốn thông số đo lường cho thấy kết CFD cho tác động dòng hải dương tới hệ thống trụ dự đốn tốt mơ hình rối SKW tiếp tục ứng dụng mơ hình động 3.2 Dao động tự kết cấu trụ tác động dòng. .. (b) Kết thảo luận 3.1 Dòng hải dương rối qua kết cấu trụ tĩnh Re = 3.900 10.000 Đầu tiên, mô kết cấu trụ tĩnh tiến hành để mô lại kết thí nghiệm có trước mơ mơ hình động diễn Miền dòng hải dương

Ngày đăng: 12/01/2020, 00:24

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w