近日，我院畅元江教授团队在深水控压钻井隔水管系统涡激振动领域取得重要进展，相关研究成果以“High backpressure and internal flow effects on vortex-induced vibration of deepwater drilling risers”为题发表在海洋工程领域国际权威期刊《Ocean Engineering》。《Ocean Engineering》是海洋工程领域国际TOP期刊，影响因子为6.3，主要报道海洋结构物设计、海底工程、海洋流体动力学等方向的基础理论研究与工程技术进展。此项工作由我校、中海石油有限公司深圳分公司与山东省海洋科学研究院共同完成，畅元江教授为论文唯一通讯作者，中国石油大学（华东）为论文唯一通讯单位。该项研究获得了国家自然科学基金的资助。
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控压钻井（Managed Pressure Drilling，MPD）技术可以有效解决深水钻井作业中窄泥浆密度窗口的问题。深水钻井隔水管作为MPD系统的核心装备，在海流流经时容易发生涡激振动，而隔水管内部的高压和钻井液流动会进一步影响其涡激振动特性，从而导致严重的疲劳损伤甚至断裂事故。
深水控压钻井隔水管系统
为解决上述问题，畅元江教授团队基于微分法和欧拉-伯努利梁理论，考虑高内压和钻井液流速的影响，建立了深水MPD隔水管系统的动力学理论模型。采用改进的尾流振子模型来描述MPD隔水管的涡激尾流特性。随后耦合隔水管动力学模型和尾流振子模型，开发了深水MPD隔水管系统的涡激振动预测模型，并采用四阶Runge-Kutta法和Newmark-β法对模型进行求解。案例分析表明：当内压增至18 MPa时，与传统钻井隔水管相比，MPD隔水管顺流向的最大均方根位移和弯矩分别降低13.80%和10.09%，横流向降低7.91%和4.47%；当内流流速达到12 m/s时，顺流向最大均方根位移和弯矩仅增加0.39%和0.29%，横流向增加0.03%和0.04%，对MPD隔水管系统涡激振动的影响可忽略不计。
不同管内压力、钻井液流速下的涡激振动响应
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.126968.
