1、目的及意义

1.1目的

由于全球经济的高速发展以及石油资源的日渐短缺，致使人们迫切的需要开发新的石油供应地，因此人们将目光投向广阔无垠的大海。经过数十年的勘探开发，陆地、浅海区域新增油气田数量和规模逐渐减少，深海区域油气资源成为勘探开发的重点。近五年来，全球70%的重大油气发现来自于水深超过1000米的海域，甚至达到好几千米，这就对海洋石油设备造成了极大的挑战。海洋隔水管作为其中重要一部分，研究和发展它是必不可少的。另一方面海洋装备技术以美国为代表的西方国家为领导地位，技术长期垄断，我们国家离他们的水平还有很长的路要走，因此必须积极采取措施，加大力度和速度，奋起直追，使我国的海洋油气资源勘测开发事业走上一个新的高度。隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的导管，其主要功能是隔离海水，形成钻井液循环通道，隔水管作为海洋钻井隔水管系统的重要部分，研究其对打破我国不能自主生产隔水管系统这一瓶颈有重要作用。

1.2意义

经过数十年的发展，我国陆地油气存储存量严重不足，每年新增的石油探明可采储量无法弥补同期消耗，石油产量入不敷出，导致我国石油产量增长缓慢。从1993年开始，中国己成为石油净进口国，进口量逐年增加。2004年我国石油进口量为 1.2 亿吨，占需求总量的41%，2010年进口2.63亿吨，2018年进口4.62亿吨，可见中国石油的需求量持续增高。我国经济的快速发展消耗了太多的能源，特别是汽车行业，如今的道路可谓“车水马龙，川流不息”，消耗的几乎全都是石油产品，这导致中国石油进口的缺口进一步扩大。据估计，2020年前中国石油仍会以年均5%的速度增长，然而近十年来，我国大多数的东部主力油田陆续进入产量递减阶段，石油储量进一步减小，继续开采的难度进一步加大。中国石油工业的发展困难越来越加剧，我国海外油气的开发举步维艰，海洋钻水隔水管作为海洋石油天然气生产的一重要组成部分，研究隔水管在风浪流载荷作用下的静动力响应和冰载荷作用下的极限强度，设计出物理性能更好的隔水管能够使我国海洋石油生产设备更加高效，成本更加低廉，使我国的石油能源问题得到缓解甚至解决。

另一方面深水及超深水石油的开发需要很高的技术支持，其中在海洋油气开发中非常重要的一个设备（系统）就是隔水管。不管海洋油田开发采用何种浮式方案，都需要使用隔水管系统，它是海洋基础结构的关键组成部分。作为独立的深水开发项目，海洋隔水管工程是海洋石油天然气工业的重点工程。深水及超深水隔水管系统具有高风险、高难度、高技术、高附加值的特征，使海洋钻井隔水管问题已经引起很多国家的重视。目前深水钻井隔水管系统整体设计与分析技术仅被数个公司所掌握，如OPR，INTEC，Saipem，JP Kenny，Technip，MCS，Hoffshore等，世界范围内除美国、挪威、日本、巴西等国家几个大的海洋工程公司能够制造钻井隔水管外，其它国家和公司还不具备开发能力。由于引进中存在技术壁垒，为加快我国海洋工业的发展，提高我国深水及超深水钻井隔水管的设计与制造的能力，有必要结合我国目前深水开发的现状，充分借鉴国外的研究水平与研究经验，开展深水钻井隔水管技术研究，通过基础理论研究与核心技术自主研发，掌握深水及超深水钻井隔水管系统的关键技术，打破技术壁垒实现自己设计自己生产。

1.3国内外发展与研究现状

到目前为止，国内外学者对海洋钻井隔水导管在风浪流载荷作用下的静动力响应和冰载荷作用下的极限强度做了很多研究。隔水导管的力学研究与发展时间不长，这些相关技术基本是从国外引进，迄今已有60多年历史。自从Molole计划中开始对海洋隔水管的力学特性进行研究以来，隔水管的静力及动力分析受到了极大的关注。早期的隔水管所处的水深较浅，深度不超过200米而且都是绑在钻井平台桩腿上，其力学特性几乎是静态的。因此，早期的学者采用二维静力学分析研究方法，用弹性力学的方法来模拟隔水管的变形，进而进行强度分析，但是这样的分析方法只适用于浅水。对于深水隔水管，需考虑其动态特性，所以学者们提出了动力学的分析方法。较早的学者提出用解析的方法来研究隔水管的受力和强度的动力学模型，但这种方法太过繁琐，进而有学者采用运动微分方程，但隔水管的运动微分方程比较复杂，用经典的方法去求解方程的解析解比较困难，目前对于隔水管的研究大部分是采用数值方法来求解，如有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和摄动法等。计算机的发展使得数值方法更容易实现。有限元法对弯矩较大、应力较集中的部位能给出比较精确的解答，因此有限元法的应用最为广泛。近几年来国内外对钻井隔水管的研究更是如火如荼。