CN109214567B - 海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置 - Google Patents

海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置，结构优化方法包括：根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；以及，对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整。本发明能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。

Description

海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置
技术领域
本发明涉及海洋钻井技术领域，具体涉及一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置。
背景技术
在海洋钻井技术中，作为主要部件的管柱系统是井内钻井液的循环通道，也是海洋内井底与地面的链接纽带。不同于陆地石油开发，在进行海洋石油钻井时，钻柱要通过与海水深度等量的隔水管系统才能到达海底，实现钻进。隔水管的上、下两端通过挠性接头与钻井平台和井口防喷器相连接，其在海洋环境载荷的作用下，会出现不同程度的偏移、旋转。在隔水管内部，钻柱会随着它一起偏移，并发生不同程度的振动，从而引起钻柱与隔水管之间的碰撞、摩擦等相互作用。因此，在进行海洋钻井管柱系统的优化设计时，需要将隔水管和钻柱组成的管中管系统作为一个整体来分析。
现有技术中，有学者提出了一系列关于海洋钻井中管柱系统的结构优化设计方法。其中大部分方法属于单目标优化设计，主要是从减少隔水管的重量入手，因为它与作业成本直接相关。还有的学者以实现最小的底部挠性接头转角为目标，重点分析了隔水管顶张力的配置。因为通过大量实践发现，底部挠性接头的过大偏转是造成管柱系统磨损和失效的主要因素。在单目标优化的基础上，部分学者开始采用多目标优化的方法来进行海洋钻井管柱系统的设计。例如同时减小隔水管重量和减小其最大米塞斯(Mises)应力；或者在减小隔水管成本的情况下，控制管柱系统的整体偏移等。
然而，无论是现有技术中的哪一种海洋钻井中管柱系统的结构优化设计方法，均无法在考虑海洋钻井中管柱系统的结构改进可行性的同时，也保证管柱系统结构的安全可靠性。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种海洋钻井管柱系统的结构优化方法，包括：
根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；
基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；
以及，对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整。
一实施例中，在所述基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整之前，所述结构优化方法还包括：
根据所述海洋钻井管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件；
以及，根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标。
一实施例中，所述根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数，包括：
根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
一实施例中，所述基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整，包括：
确定各项优化参数各自对应的取值范围；
以及，根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
一实施例中，所述多目标优化算法为邻域培植遗传NCGA算法。
一实施例中，所述对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，包括：
对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果；
判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值；
若否，则将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
一实施例中，所述对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，包括：
应用蒙特卡洛Monte-Carlo方法对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析。
一实施例中，所述优化参数包括：
所述隔水管的外径；
所述隔水管的壁厚；
所述隔水管顶部偏移；
所述隔水管的张紧力；
所述钻柱的悬重；
用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度；
以及，用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度。
一实施例中，所述约束条件包括：
所述管柱钻柱的最大米塞斯应力小于第一阈值，其中，所述第一阈值根据该管柱钻柱的材料屈服应力获得；
所述管柱钻柱的最大偏移值小于第二阈值，其中，所述第一阈值根据所述海洋钻井管柱系统的目标海洋现场参数中的海水深度获得；
所述上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值；
所述下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值，其中，所述第一转角阈值大于所述第二转角阈值。
一实施例中，所述优化目标包括：
所述管柱钻柱的最大米塞斯应力最小化目标；
所述管柱钻柱最大偏移值最小化目标；
所述上挠性接头的最大转角最小化目标；
所述下挠性接头的最大转角最小化目标。
第二方面，本发明提供一种海洋钻井管柱系统的结构优化装置，包括：
优化参数确定模块，用于根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；
数值调整模块，用于基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；
可靠性检测模块，用于对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整。
一实施例中，所述结构优化装置还包括：
约束条件确定模块，用于根据所述海洋钻井管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件；
优化目标获取模块，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标。
一实施例中，所述优化参数确定模块包括：
模型优化参数选取单元，用于根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
一实施例中，所述数值调整模块包括：
取值范围确定单元，用于确定各项优化参数各自对应的取值范围；
数值调整单元，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
一实施例中，所述可靠性检测模块包括：
可靠性分析单元，用于对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果；
可靠性阈值判断单元，用于判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值；
重新数值调整单元，用于在若当前各项所述优化参数的可靠性分析结果中存在小于对应的可靠性阈值时，将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
第三方面，本发明提供一种电子设备，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程序时实现所述的海洋钻井管柱系统的结构优化方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的海洋钻井管柱系统的结构优化方法的步骤。
由上述技术方案可知，本发明提供一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法及装置，其中的结构优化方法根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；以及，对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，将由海洋环境载荷所引起的优化设计参数的扰动考虑进多目标优化设计之中，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的流程示意图。
图2为海洋钻井中的管柱系统的结构示意图。
图3为本发明实施例中的结构优化方法中步骤A00的流程示意图。
图4为本发明实施例中的结构优化方法中步骤200的流程示意图。
图5为本发明实施例中的结构优化方法中步骤300的流程示意图。
图6为本发明实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的流程示意图。
图7为本发明应用实例中的各设计参数及所约束的动态响应之间的关系示意图。
图8为本发明实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的结构示意图。
图9为本发明实施例中的结构优化装置中约束条件确定模块A1和优化目标获取模块A2的结构示意图。
图10为本发明实施例中的结构优化装置中数值调整模块20的结构示意图。
图11为本发明实施例中的结构优化装置中可靠性检测模块30的结构示意图。
图12为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的实施例提供一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的具体实施方式，参见图1，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化方法具体包括如下内容：
步骤100：根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井中管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
在步骤100中，海洋钻井中管柱系统的结构优化系统根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井中管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。可以理解的是，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统可以体现为一种服务器，所述结构优化系统的硬件组成中也可以包括终端设备，所述终端设备可以具有显示功能。具体地，所述终端设备可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(PDK)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。
所述服务器可以与所述终端设备进行通信。所述服务器与所述终端设备之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
可以理解的是，海洋钻井中管柱系统的结构优化系统可以调取预存的当前海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，且所述钻柱的结构参数中可以包含有所述钻柱的悬重值，所述隔水管的结构参数可以包含有隔水管的外径值、壁厚值、顶部偏移值、张紧力值，以及，用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度值以及用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度值等。
海洋钻井中的管柱系统的结构参见图2,所述海洋钻井中的管柱系统由依次同轴连接的上挠性接头、悬挂环、伸缩节、深入海洋内油井导管内的钻柱、同轴套设在所述钻柱外侧的隔水管，以及，固定连接所述隔水管与油井的井口安全设备的下挠性接头，其中，所述隔水管顶部的上挠性接头经分流器与地面的钻井平台连接。在所述管柱系统中，隔水管用来隔绝海水，是海洋钻井水下的重要部件，因此，可以将管柱系统的结构看作为主要由钻柱和隔水管构成的管中管结构。
步骤200：基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整。
在步骤200中，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整。可以理解的是，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统通过各项所述优化参数及海洋钻井中管柱系统的施工作业要求，确定海洋钻井中管柱系统中钻柱和隔水管对应的约束条件，再根据约束条件确定优化目标。举例来说，海洋钻井中管柱系统、也即各项优化参数对应的约束条件可以包含有钻柱的最大米塞斯应力的取值范围、钻柱的最大偏移值的取值范围、上挠性接头的最大转角的取值范围以及下挠性接头的最大转角的取值范围，以及，针对上述约束条件的举例，优化目标可以包含有所述钻柱的最大米塞斯应力最小化目标、钻柱最大偏移值最小化目标、上挠性接头的最大转角最小化目标和下挠性接头的最大转角最小化目标。
步骤300：对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井中管柱系统中的对应结构进行调整。
在步骤300中，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，若某项优化参数通过了可靠性检测，则确定该优化参数的当前值为最优解之一，若某项优化参数未通过可靠性检测，则返回步骤200，对其重新进行数值调整，直到该项优化参数通过可靠性检测，也将该优化参数的当前值确定为最优解之一，而后根据各项优化参数的最优解对所述海洋钻井中管柱系统中的对应结构进行调整。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中的所述优化参数参见表1，具体包含有：隔水管的外径A1、隔水管的壁厚A2、隔水管顶部偏移A3、隔水管的张紧力A4、钻柱的悬重A5、用于连接隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度A6，以及，用于连接隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度A7。
表1
编号 优化参数
A1 隔水管的外径
A2 隔水管的壁厚
A3 隔水管顶部偏移
A4 隔水管的张紧力
A5 钻柱的悬重
A6 上挠性接头的转动刚度
A7 下挠性接头的转动刚度
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的步骤200之前，还包含有步骤A00，参见图3，所述步骤A00具体包括如下内容：
步骤A01：根据所述海洋钻井中管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件。
在步骤A01中，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统根据所述海洋钻井中管柱系统对应的海洋环境载荷中的海水深度及流速等参数，确定各项所述优化参数对应的约束条件参见表2，具体包含有：
第一约束条件：所述海洋钻井管柱系统中钻柱的最大米塞斯Mises应力小于第一阈值，其中，所述第一阈值根据该钻柱的材料屈服应力获得；
第二约束条件：所述海洋钻井管柱系统中钻柱的最大偏移值小于第二阈值，其中，所述第一阈值根据所述海洋钻井管柱系统的目标海洋现场参数中的海水深度获得；
第三约束条件：所述海洋钻井管柱系统中上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值；
第四约束条件：所述海洋钻井管柱系统中下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值，其中，所述第一转角阈值大于所述第二转角阈值。
表2
编号 约束条件
第一约束条件 钻柱的最大米塞斯Mises应力小于第一阈值
第二约束条件 钻柱的最大偏移值小于第二阈值
第三约束条件 上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值
第四约束条件 下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值
可以理解的是，所述第一阈值、第二阈值、第一转角阈值及第二转角阈值均为根据海洋钻井管柱系统中的具体应用要求进行预先设置，所述第一阈值为钻柱的材料屈服应力的55％-75％之间，以67％为最佳；所述第二阈值为海水深度的1％-5％之间，以2％为最佳；所述第一转角阈值为8°-7°之间，以5°为最佳；所述第二转角阈值为1°-3°之间，以2°为最佳。
步骤A02：根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标。
在步骤A02中，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标，参见表3，所述优化目标可以包含有：
目标1：钻柱的最大米塞斯应力最小化目标。
目标2：钻柱最大偏移值最小化目标。
目标3：上挠性接头的最大转角最小化目标。
目标4：下挠性接头的最大转角最小化目标。
且所述优化目标与约束条件之间的一一对应关系参见表4。
表3
编号 优化目标
目标1 钻柱的最大米塞斯应力最小化目标
目标2 钻柱最大偏移值最小化目标
目标3 上挠性接头的最大转角最小化目标
目标4 下挠性接头的最大转角最小化目标
表4
约束条件 优化目标
钻柱的最大米塞斯Mises应力小于第一阈值 钻柱的最大米塞斯应力最小化目标
钻柱的最大偏移值小于第二阈值 钻柱最大偏移值最小化目标
上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值 上挠性接头的最大转角最小化目标
下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值 下挠性接头的最大转角最小化目标
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，通过参数敏感性分析，确定了海洋钻井管柱系统的优化参数，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，将由海洋环境载荷所引起的优化设计参数的扰动考虑进多目标优化设计之中，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的步骤100的具体实施方式，所述步骤100具体包括如下内容：
根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井中管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
可以理解的是，海洋钻井中管柱系统的动力学模型可以为应用系统动力学的基本理论和DYNAMO语言建立海洋钻井中管柱系统中的仿真模型。且该仿真模型中包含有海洋钻井中管柱系统中各部件、各部件之间的连接关系、比例关系及各项相关参数值等。在一种举例中，可以根据海洋钻井中管柱系统钻井作业的现场情况中的海水深度，海浪海流强度、钻井深度等条件，建立起对应的海洋钻井中管柱系统的动力学模型。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，通过在预设的该海洋钻井中管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数，能够更加直观且准确地确定目标海洋钻井中管柱系统的优化参数，进而能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中后续步骤的准确性及优化效率。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的步骤200的具体实施方式，参见图4，所述步骤200具体包括如下内容：
步骤201：确定各项优化参数各自对应的取值范围。
步骤202：根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
可以理解的是，所述多目标优化算法可以为线性加权法、邻域培植遗传NCGA(Neighborhood Cultivated Genetic Algorithm)算法、NSGA(Non-dominated SortingGenetic Algorithm)，也可以为NSGA-II(Improved Non-dominated Sorting GeneticAlgorithm)的遗传算法等，在一种举例中，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统可以应用isight软件中的NCGA算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
其中，NCGA是2002年发布的运算规则，NCGA能够生成具有多样性的解，NCGA方法视各目标同等重要，通过排序后分组进行交叉的方法实现“相邻繁殖”的机制，从而使接近于Pareto前沿的解进行交叉繁殖的概率增大，加速计算收敛过程。这种算法起源于分布式遗传算法的子种群概念，将交叉限定于设计空间的一定范围内，根据算法特性可知，具有相似特性的群体(邻域)之间的交叉更为有效。
在一种具体举例中，应用NCGA算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整的具体算例如下：
邻域培植遗传算法(NCGA)是一种典型的多目标优化方法，它视各目标同等重要，通过排序后分组交叉的方法实现“相邻繁殖”，从而使接近于Pareto前沿的解进行交叉繁殖的概率增大，加速了计算收敛过程。NCGA法的具体分析步骤如下：第1步为初始化：令t＝0,，种群数为N，计算第一代个体P0对应的适应值函数A0；第2步为迭代：令t＝t+1，计算个体Pt对应的适应值函数At；第3步为排序：个体Pt按聚集目标值方向进行排序；第4步为分组：个体Pt根据上述排序分为若干组，每组由两个个体组成；第5步为交叉和变异：在每一组中执行交叉和变异操作，由两个父代个体产生两个子代个体，同时父代个体被删除；第6步为重组：所有子代个体组成一组新的Pt；第7步为更新：将At与Pt组合，按环境选择机制，从2N个体中选出N个体；第8步为终止：如果满足终止条件，则终止优化程序，否则返回至第2步。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，通过多目标优化算法的应用，能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化的准确性。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的步骤300的具体实施方式，参见图5，所述步骤300具体包括如下内容：
步骤301：对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果。
步骤302：判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
若是，则确定该优化参数的当前值为最优解之一；若否，则执行步骤303。
步骤303：将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
在步骤301中，所述对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析的具体实施方式为：应用蒙特卡洛Monte-Carlo方法对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析。
可以理解的是，所述蒙特卡洛Monte-Carlo(Monte Carlo method)方法也称统计模拟方法，是一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。是指使用随机数(或更常见的伪随机数)来解决很多计算问题的方法。
蒙特卡罗方法的解题过程可以归结为三个主要步骤：构造或描述概率过程；实现从已知概率分布抽样；建立各种估计量。
蒙特卡罗方法解题过程的三个主要步骤：
(1)构造或描述概率过程
对于本身就具有随机性质的问题，如粒子输运问题，主要是正确描述和模拟这个概率过程，对于本来不是随机性质的确定性问题，比如计算定积分，就必须事先构造一个人为的概率过程，它的某些参量正好是所要求问题的解。即要将不具有随机性质的问题转化为随机性质的问题。
(2)实现从已知概率分布抽样
构造了概率模型以后，由于各种概率模型都可以看作是由各种各样的概率分布构成的，因此产生已知概率分布的随机变量(或随机向量)，就成为实现蒙特卡罗方法模拟实验的基本手段，这也是蒙特卡罗方法被称为随机抽样的原因。最简单、最基本、最重要的一个概率分布是(0，1)上的均匀分布(或称矩形分布)。随机数就是具有这种均匀分布的随机变量。随机数序列就是具有这种分布的总体的一个简单子样，也就是一个具有这种分布的相互独立的随机变数序列。产生随机数的问题，就是从这个分布的抽样问题。在计算机上，可以用物理方法产生随机数，但价格昂贵，不能重复，使用不便。另一种方法是用数学递推公式产生。这样产生的序列，与真正的随机数序列不同，所以称为伪随机数，或伪随机数序列。不过，经过多种统计检验表明，它与真正的随机数，或随机数序列具有相近的性质，因此可把它作为真正的随机数来使用。由已知分布随机抽样有各种方法，与从(0,1)上均匀分布抽样不同，这些方法都是借助于随机序列来实现的，也就是说，都是以产生随机数为前提的。由此可见，随机数是我们实现蒙特卡罗模拟的基本工具。
(3)建立各种估计量
一般说来，构造了概率模型并能从中抽样后，即实现模拟实验后，我们就要确定一个随机变量，作为所要求的问题的解，我们称它为无偏估计。建立各种估计量，相当于对模拟实验的结果进行考察和登记，从中得到问题的解。
在一种具体举例中，应用蒙特卡洛Monte-Carlo方法对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析的具体算例如下：
蒙特卡罗法(Monte Carlo)是一种以概率统计理论为指导的数值计算方法，是一种使用随机数来解决计算问题的方法。蒙特卡洛法用抽样的方法进行状态选择，用统计的方法得到可靠性指标。具体来说，在蒙特卡洛法中，系统的状态是从设备概率分布函数中抽样确定的，然后对产生状态进行状态估计。一个模拟序列表示一个实际的样本，系统的可靠性指标是在累积了足够数目的样本后，对每次状态估计的结果进行统计而得到的。
蒙特卡罗法的基本原理是首先将系统中的不确定性因素建模为一系列的随机变量R1、R2、R3、…、RN，并且已知它们的概率分布，通过对R1、R2、R3、…、RN的随机抽样，可以估计出系统响应Y1的概率分布特征，包括均值、标准方差等指标，从而通过统计的方法确定出设计点对应的可靠度。
在开始蒙特卡洛分析之前，首先需要明确采用的抽样方法。由于简单的随机抽样所需的计算量巨大，并常常超过实际需要，因此需要更高效的抽样技术来减小计算时间。高效的抽样技术一方面需要减少抽样次数，另一方面则必须保证所获得响应的统计分析质量。方差降低技术就可以用来提高抽样方法的效率，其主要优点是只需要用较少的抽样点，就能得到在误差和可信度上都与简单随机抽样极为相似的结果。描述抽样就采用了方差降低技术，这种技术将每一个随机变量所定义的空间分为若干个相等的概率子空间，然后对每一个随机变量子空间只进行一次分析。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，通过蒙特卡洛Monte-Carlo方法的应用，能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化的准确性。
为进一步的说明本方案，本申请还提供一种海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的具体应用实例，参见图6，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化方法具体包括如下内容：
所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统将海洋钻井管柱系统简化为管中管结构，其外管是由隔水管与井筒通过在井口处的连接构成，其内管是从平台延伸到井底的钻柱，内外管柱之间存在着碰撞、摩擦等相互作用。采用基于领域培植的遗传算法(NCGA)对管柱系统的各项敏感性参数进行多目标优化设计，并采用蒙特卡洛法(Monte Carlo)对多目标优化设计中得到的非劣解进行可靠度分析。当可靠度不能满足设定的最低要求时，通过Six Sigma法对可靠度进行优化，并最终确定出工程可行性和安全可靠度都能满足要求的最优设计参数组合集，以指导实际的海洋钻井管柱系统的设计和配置。
所述海洋钻井中管柱系统的结构优化系统根据海洋钻井作业的实际要求，考虑海洋钻井管柱系统受到的多项动态响应约束；并根据各项约束确定出对应的多个优化设计目标；然后通过对各项优化设计参数在许可的参数范围内的调整来确定出优化设计集合。
以及，在进行多目标优化设计时，同步进行可靠性分析。在考虑设计参数扰动的情况下，对多目标优化设计得到的非劣解进行可靠度计算。若可靠度满足预设的最低要求时，将该非劣解作为优化设计输出；若可靠度不满足要求，将信息反馈回多目标优化设计方法以调整优化路径。
另外，多目标优化设计采用基于领域培植的遗传算法(NCGA)，可靠度分析采用蒙特卡洛方法(Monte-Carlo)。然后将NCGA和Monte-Carlo通过six sigma方法整合在一起，以保证最终得到的优化设计满足在six sigma方法中预设的最低的可靠度要求。
通过参数敏感性分析，确定了海洋钻井管柱系统的优化参数共7项：包括隔水管的外径和壁厚，隔水管顶部偏移和张紧力，钻柱的悬重，以及上、下挠性接头的转动刚度。考虑工程施工要求，设置的约束条件共4项：包括管柱的最大Mises应力小于其材料屈服应力的67％；管柱的最大偏移小于海水深度的2％；上挠性接头的最大转角小于5°；下挠性接头的最大转角小于2°。同时，根据多目标优化设计的要求，设置了对应的4个优化目标：包括管柱受到的最大Mises应力最小化，管柱最大偏移最小化，上、下挠性接头的最大转角最小化。针对这一多参数多约束的多目标优化问题，选取邻域培植遗传算法(NCGA)进行多目标优化设计。对于得到的一系列多目标优化设计集合，选择Monte Carlo法对其进行参数扰动下的可靠性分析。同时为了在进行Monte Carlo分析时排除不满足可靠度要求的设计，采用SixSigma法为各项动态响应设置最低的可靠度最低。最终通过Six Sigma法同时驱动NCGA和Monte Carlo进行多目标优化设计和非劣解的可靠度分析，使得最终确定的最优解集是能够同时满足工程可行性和安全可靠性两方面要求的设计参数组合，且各设计参数及所约束的动态响应之间的关系如图7所示。
具体实施步骤如下：
S1：根据钻井作业的现场情况，包括海水深度，海浪海流强度、钻井深度等条件，建立起对应的海洋钻井管柱系统动力学模型。
S2：设定各项优化参数的取值范围，各项动态响应的约束条件和对应的多个优化目标，采用NCGA方法对构建的海洋钻井管柱系统动力学模型进行多目标优化设计，筛选出一系列非劣解集。
S3：设定各项优化参数的扰动范围，然后应用Monte Carlo法对多目标优化设计中得到的非劣解进行可靠度分析。
S4：将得到的可靠度分析结果和在six sigma方法中设定的最低可靠度要求进行比较。若可靠度满足预设的最低要求，将该非劣解作为优化设计输出；若可靠度不满足要求，将信息反馈回多目标优化设计以帮助其调整优化路径。
从上述描述可知，本申请应用实例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性，特别为实现海洋钻井管柱系统的安全可靠的配置提供支撑。本申请提出了一套同时考虑设计上优化和作业上安全的多目标优化设计方法，以便更好地帮助钻井工程技术人员在考虑复杂多变的海洋环境的情况下进行安全高效的钻井管柱系统设计。
本申请的实施例提供一种能够实现所述海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中全部内容的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的具体实施方式，参见图8，所述海洋钻井中管柱系统的结构优化装置具体包括如下内容：
优化参数确定模块10，用于根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井中管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
数值调整模块20，用于基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整。
可靠性检测模块30，用于对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井中管柱系统中的对应结构进行调整。
本申请提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的实施例具体可以用于执行上述实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
从上述描述可知，本申请应用实例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性，特别为实现海洋钻井管柱系统的安全可靠的配置提供支撑。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置中的所述优化参数具体包含有：隔水管的外径A1、隔水管的壁厚A2、隔水管顶部偏移A3、隔水管的张紧力A4、钻柱的悬重A5、用于连接隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度A6，以及，用于连接隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度A7。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置包含有约束条件确定模块和优化目标获取模块，参见图9，所述约束条件确定模块A1和优化目标获取模块A2具体包括如下内容：
约束条件确定模块，用于根据所述海洋钻井中管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件。
优化目标获取模块，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标。
各项所述优化参数对应的约束条件具体包含有：
第一约束条件：所述海洋钻井管柱系统中钻柱的最大米塞斯Mises应力小于第一阈值，其中，所述第一阈值根据该钻柱的材料屈服应力获得；
第二约束条件：所述海洋钻井管柱系统中钻柱的最大偏移值小于第二阈值，其中，所述第一阈值根据所述海洋钻井管柱系统的目标海洋现场参数中的海水深度获得；
第三约束条件：所述海洋钻井管柱系统中上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值；
第四约束条件：所述海洋钻井管柱系统中下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值，其中，所述第一转角阈值大于所述第二转角阈值。
所述优化目标可以包含有：
目标1：钻柱的最大米塞斯应力最小化目标。
目标2：钻柱最大偏移值最小化目标。
目标3：上挠性接头的最大转角最小化目标。
目标4：下挠性接头的最大转角最小化目标。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置，通过参数敏感性分析，确定了海洋钻井管柱系统的优化参数，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，将由海洋环境载荷所引起的优化设计参数的扰动考虑进多目标优化设计之中，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的优化参数确定模块10的具体实施方式，所述优化参数确定模块10具体包括如下内容：
模型优化参数选取单元，用于根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井中管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置，通过在预设的该海洋钻井中管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数，能够更加直观且准确地确定目标海洋钻井中管柱系统的优化参数，进而能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中后续步骤的准确性及优化效率。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的数值调整模块20的具体实施方式，参见图10，所述数值调整模块20具体包括如下内容：
取值范围确定单元21，用于确定各项优化参数各自对应的取值范围。
数值调整单元22，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置，通过多目标优化算法的应用，能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化的准确性。
在一种具体实施方式中，本申请的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置的可靠性检测模块30的具体实施方式，参见图11，所述可靠性检测模块30具体包括如下内容：
可靠性分析单元31，用于对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果。
可靠性阈值判断单元32，用于判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
重新数值调整单元33，用于在若当前各项所述优化参数的可靠性分析结果中存在小于对应的可靠性阈值时，将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
从上述描述可知，本申请实施例提供的海洋钻井中管柱系统的结构优化装置，通过蒙特卡洛Monte-Carlo方法的应用，能够有效提高海洋钻井中管柱系统的结构优化的准确性。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图12，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)601、存储器(memory)602、通信接口(CommunicationsInterface)603和总线604；
其中，所述处理器601、存储器602、通信接口603通过所述总线604完成相互间的通信；所述通信接口603用于实现海洋钻井中管柱系统的结构优化装置/系统以及用户终端等相关设备之间的信息传输；
所述处理器601用于调用所述存储器602中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井中管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
步骤200：基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整。
步骤300：对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井中管柱系统中的对应结构进行调整。
从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的海洋钻井中管柱系统的结构优化方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据海洋钻井中管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井中管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
步骤200：基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整。
步骤300：对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井中管柱系统中的对应结构进行调整。
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，在对海洋钻井管柱系统的多目标优化设计的基础上，通过整合可靠度分析的方法，形成一套新的更注重安全可靠性的海洋钻井管柱系统的优化设计方法，能够在对海洋钻井中管柱系统的结构进行优化改进的同时，有效提高管柱系统结构的安全可靠性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种海洋钻井管柱系统的结构优化方法，其特征在于，包括：
根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；所述结构参数包括所述钻柱的悬重值、所述隔水管的外径值、壁厚值、顶部偏移值、张紧力值、用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度值以及用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度值；所述优化参数包括：所述隔水管的外径、所述隔水管的壁厚、所述隔水管顶部偏移、所述隔水管的张紧力、所述钻柱的悬重、用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度以及用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度；
根据所述海洋钻井管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件；所述约束条件包括：所述管柱钻柱的最大米塞斯应力小于第一阈值，其中，所述第一阈值根据该管柱钻柱的材料屈服应力获得；所述管柱钻柱的最大偏移值小于第二阈值，其中，所述第一阈值根据所述海洋钻井管柱系统的目标海洋现场参数中的海水深度获得；所述上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值；所述下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值，其中，所述第一转角阈值大于所述第二转角阈值；
根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标；所述优化目标包括：所述管柱钻柱的最大米塞斯应力最小化目标、所述管柱钻柱最大偏移值最小化目标、所述上挠性接头的最大转角最小化目标以及所述下挠性接头的最大转角最小化目标；所述优化目标与所述约束条件一一对应；
基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；
以及，对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整。
2.根据权利要求1所述的结构优化方法，其特征在于，所述根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数，包括：
根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
3.根据权利要求1所述的结构优化方法，其特征在于，所述基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整，包括：
确定各项优化参数各自对应的取值范围；
以及，根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
4.根据权利要求3所述的结构优化方法，其特征在于，所述多目标优化算法为邻域培植遗传NCGA算法。
5.根据权利要求1所述的结构优化方法，其特征在于，所述对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，包括：
对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果；
判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值；
若否，则将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
6.根据权利要求5所述的结构优化方法，其特征在于，所述对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，包括：
应用蒙特卡洛Monte-Carlo方法对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析。
7.一种海洋钻井管柱系统的结构优化装置，其特征在于，包括：
优化参数确定模块，用于根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，确定该海洋钻井管柱系统中的钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数；所述结构参数包括所述钻柱的悬重值、所述隔水管的外径值、壁厚值、顶部偏移值、张紧力值、用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度值以及用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度值；所述优化参数包括：所述隔水管的外径、所述隔水管的壁厚、所述隔水管顶部偏移、所述隔水管的张紧力、所述钻柱的悬重、用于连接所述隔水管和钻台的上挠性接头的转动刚度以及用于连接所述隔水管和井口安全设备的下挠性接头的转动刚度；
约束条件确定模块，用于根据所述海洋钻井管柱系统对应的海洋环境载荷，确定各项所述优化参数对应的约束条件；所述约束条件包括：所述管柱钻柱的最大米塞斯应力小于第一阈值，其中，所述第一阈值根据该管柱钻柱的材料屈服应力获得；所述管柱钻柱的最大偏移值小于第二阈值，其中，所述第一阈值根据所述海洋钻井管柱系统的目标海洋现场参数中的海水深度获得；所述上挠性接头的最大转角小于第一转角阈值；所述下挠性接头的最大转角小于第二转角阈值，其中，所述第一转角阈值大于所述第二转角阈值；
优化目标获取模块，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件分别确定各项所述优化参数对应的优化目标；所述优化目标包括：所述管柱钻柱的最大米塞斯应力最小化目标、所述管柱钻柱最大偏移值最小化目标、所述上挠性接头的最大转角最小化目标以及所述下挠性接头的最大转角最小化目标；所述优化目标与所述约束条件一一对应；
数值调整模块，用于基于各项所述优化参数对应的约束条件和优化目标，对各项优化参数进行数值调整；
可靠性检测模块，用于对经数值调整后的各项优化参数进行可靠性检测，并将未通过该可靠性检测的优化参数重新进行数值调整，直至各项所述优化参数均通过所述可靠性检测，并应用通过所述可靠性检测的各项所述优化参数对所述海洋钻井管柱系统中的对应结构进行调整。
8.根据权利要求7所述的结构优化装置，其特征在于，所述优化参数确定模块包括：
模型优化参数选取单元，用于根据海洋钻井管柱系统中的钻柱及同轴套设在该钻柱上的隔水管的结构参数，在预设的该海洋钻井管柱系统的动力学模型中确定钻柱及隔水管所对应的至少两项优化参数。
9.根据权利要求7所述的结构优化装置，其特征在于，所述数值调整模块包括：
取值范围确定单元，用于确定各项优化参数各自对应的取值范围；
数值调整单元，用于根据各项所述优化参数各自对应的约束条件和优化目标，应用多目标优化算法对各项优化参数在各自对应的取值范围内进行数值调整。
10.根据权利要求7所述的结构优化装置，其特征在于，所述可靠性检测模块包括：
可靠性分析单元，用于对经数值调整后的各项所述优化参数进行可靠性分析，得到各项所述优化参数的可靠性分析结果；
可靠性阈值判断单元，用于判断当前各项所述优化参数的可靠性分析结果是否均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值；
重新数值调整单元，用于在若当前各项所述优化参数的可靠性分析结果中存在小于对应的可靠性阈值时，将可靠性分析结果小于对应的可靠性阈值的优化参数重新进行数值调整，直至当前各项所述优化参数的可靠性分析结果均大于或等于各项所述优化参数各自对应的可靠性阈值。
11.一种电子设备，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，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一项所述的海洋钻井管柱系统的结构优化方法的步骤。
12.一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，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的海洋钻井管柱系统的结构优化方法的步骤。
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