建立了快速評(píng)價(jià)海洋管柱渦激振動(dòng)抑制成效的耦合數(shù)值分析方法，構(gòu)建了高速攝像非介入捕捉管內(nèi)段塞流流動(dòng)特征與內(nèi)外流耦合激發(fā)管道振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了逆轉(zhuǎn)能耗、主被動(dòng)結(jié)合的系列渦激振動(dòng)抑制裝置：突破現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)孤立研究流致振動(dòng)和管內(nèi)多相流動(dòng)特征的局限，探索無干擾同步采集管線振動(dòng)和管內(nèi)多相流特征的測(cè)試新方法。提出了同步實(shí)現(xiàn)振動(dòng)抑制與海流發(fā)電的理念，將海洋管柱變?yōu)闈撛诘陌l(fā)電廠，自主供給平臺(tái)、浮體使用，大大降低作業(yè)能耗；為配合開展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種中淺水同向波流制造實(shí)驗(yàn)水槽于西南石油大學(xué)逸夫樓實(shí)訓(xùn)中心建造完成，為實(shí)驗(yàn)開展海底管道、立管渦激振動(dòng)和海管內(nèi)流動(dòng)安全保障研究提供了物理平臺(tái)，為海洋油氣工程學(xué)科的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
深水表層動(dòng)態(tài)壓井鉆井技術(shù)以及隨鉆環(huán)空溫度壓力監(jiān)測(cè)方面取得新突破：針對(duì)深水淺表層鉆井過程中易出現(xiàn)的淺層氣、淺層流、井漏、井塌等復(fù)雜情況，提出了變排量、變密度的動(dòng)態(tài)壓井鉆井井筒壓力控制方法，結(jié)合隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整海水和加重鉆井液排量來控制環(huán)空液柱壓力，實(shí)現(xiàn)深水表層安全鉆進(jìn)；研制的深水表層鉆井隨鉆環(huán)空溫度壓力監(jiān)測(cè)裝置突破了井下復(fù)雜工況下傳感器和電氣測(cè)試系統(tǒng)工作可靠性以及與MWD連接技術(shù)等難題，可對(duì)深水表層鉆井井下溢流、井漏、井眼清潔等復(fù)雜情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
深水鉆井溢流條件下井筒多相流流動(dòng)特征研究取得新認(rèn)識(shí)：針對(duì)深水井控過程中面臨的特殊海洋環(huán)境及地質(zhì)特征的影響，開展了深水溢流條件下環(huán)空瞬態(tài)多相流流動(dòng)規(guī)律精細(xì)描述，通過實(shí)驗(yàn)手段和分子模擬方法研究了溢流氣體鉆井液中的溶解特征，初步揭示了氣體分子在鉆井液中的溶解擴(kuò)散微觀機(jī)理，結(jié)合氣泡動(dòng)力學(xué)特征分析及其運(yùn)移規(guī)律研究，預(yù)測(cè)了氣侵條件下環(huán)空溶解氣與自由氣動(dòng)態(tài)分布規(guī)律，建立了深水鉆井環(huán)空瞬態(tài)多相流流動(dòng)控制模型。考慮環(huán)空瞬態(tài)溫度剖面、氣體滑脫與氣體膨脹、地層滲流等因素的影響，分析了溢流發(fā)生、發(fā)展過程以及關(guān)井過程中的井筒壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征。針對(duì)海底泥線附近低溫、高壓易形成天然氣水合物的風(fēng)險(xiǎn)，考慮水合物形成和分解特征，建立了深水鉆井過程中不同工況（鉆井、關(guān)井、壓井）下的水合物預(yù)測(cè)模型，對(duì)水合物生成情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，研究了其相態(tài)變化對(duì)井筒瞬態(tài)多相流動(dòng)規(guī)律的影響。
深水井控壓井技術(shù)以及管柱安全研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展：針對(duì)深水壓井過程中節(jié)流管線摩阻大、地層安全密度窗口窄等特點(diǎn)，考慮井筒與地層耦合，建立了深水水平井壓井計(jì)算模型，分析了節(jié)流管線長(zhǎng)度、溢流強(qiáng)度（溢流量）、壓井液排量、壓井方法（司鉆法、工程師法）等工程參數(shù)對(duì)深水壓井施工的影響，對(duì)比分析了深水司鉆法和等候加重法壓井的立管壓力和節(jié)流閥壓力，建立了兩種壓井方法的井涌余量和臨界泥漿增量數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)建造了井場(chǎng)鉆井循環(huán)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和自循環(huán)沖蝕實(shí)驗(yàn)裝置，剖析了相體積分?jǐn)?shù)、流量、壓力、流道結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)管道沖蝕及振動(dòng)的影響，發(fā)展了流動(dòng)沖蝕與流致振動(dòng)耦合分析數(shù)值方法，揭示了流動(dòng)沖蝕與流致振動(dòng)的交互激勵(lì)機(jī)理。結(jié)合原有井控系統(tǒng)，將本質(zhì)安全和井下內(nèi)外一體防噴控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成海底與井下上下一體的兩級(jí)新型井控安全控制新體系，為深水鉆完井的井控安全提供了有力保障。在海底與井下上下一體的兩級(jí)新型井控安全控制新體系的框架下，發(fā)明了新型的井下內(nèi)外一體防噴器核心裝備。
深水鉆完井雙層管柱動(dòng)力學(xué)行為與井控安全控制技術(shù)研究取得重要進(jìn)展。我國(guó)深水鉆完井技術(shù)發(fā)展迅速，但在深水雙層管柱及井控安全控制技術(shù)相關(guān)方面的研究還不夠，迫切需要實(shí)現(xiàn)深水雙層管柱與井控安全的突破。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外深水管柱的研究主要考慮海洋環(huán)境，以單層管柱的經(jīng)典梁模型為基礎(chǔ)，研究生產(chǎn)過程中的立管渦激振動(dòng)，沒有考慮“筒中筒”雙層管柱的互作用和鉆完井工況的影響；現(xiàn)有的商業(yè)軟件均為生產(chǎn)立管渦激振動(dòng)分析軟件，管串的組合、浮力塊的配置和張緊力的調(diào)整等主要靠經(jīng)驗(yàn)和圖表，難以達(dá)到深水鉆完井雙層管柱設(shè)計(jì)及安全控制的要求。
建立了基于復(fù)雜海況與生產(chǎn)工況耦合作用下深水鉆完井雙層管柱動(dòng)力學(xué)分析方法。本成果首次創(chuàng)立了基于海洋環(huán)境與鉆完井工況耦合作用的雙層管柱非線性動(dòng)力學(xué)模型，并針對(duì)鉆完井過程中容易出現(xiàn)安全事故的特殊工況，建立了解脫、懸掛、射孔沖擊、開關(guān)井、渦激振動(dòng)、溫度效應(yīng)等子模塊。開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的《深水鉆完井雙層管柱力學(xué)分析軟件》。
建立了深水雙層管柱力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)方法。以“海洋石油981”平臺(tái)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合真實(shí)的深水鉆井和測(cè)試工況，發(fā)明了綜合考慮海洋環(huán)境和鉆完井工況耦合作用的深水鉆完井雙層管柱動(dòng)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：鉆完井工況模擬系統(tǒng)，光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)化控制與采集系統(tǒng)，海洋環(huán)境模擬系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)鉆完井工況模擬、雙層管柱力學(xué)特性的觀察、力學(xué)參數(shù)的采集以及海洋環(huán)境的模擬。利用該套系統(tǒng)。基于模態(tài)分析法，編制了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序，分析了雙層管柱在不同耦合工況下的應(yīng)變、位移、響應(yīng)頻率、運(yùn)動(dòng)軌跡等力學(xué)行為特征，驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。通過實(shí)驗(yàn)研究，揭示了雙層管柱的渦激振動(dòng)機(jī)理。
深水鉆完井工況下雙層管柱振動(dòng)控制及磨損抑制方法。發(fā)明了針對(duì)雙層管柱系統(tǒng)渦激振動(dòng)的主動(dòng)控制方法，即通過布置浮力塊表面織構(gòu)、優(yōu)化雙層管柱的配置、調(diào)整升沉補(bǔ)償張緊力；基于“磨損抑制效應(yīng)”，建立了確定雙層管柱磨損位置以及磨損量預(yù)測(cè)方法，修訂了隔水管與鉆柱探傷的準(zhǔn)則，研發(fā)了減磨接頭，發(fā)明了通過優(yōu)化張緊力與鉆完井工藝參數(shù)組合的磨損抑制方法。基于“振動(dòng)控制”與“磨損抑制”原理，創(chuàng)建了深水鉆完井雙層管柱選配原則、安全控制方法與操作規(guī)程，提出了針對(duì)惡劣海況及復(fù)雜鉆完井工況變化的雙層管柱安全操作方法。
