CN113312810A - 一种海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上述基于漂移元模型的海洋钻井隔水管‑钻柱碰撞分析方法及装置，该方法包括在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；每一次迭代过程包括：确定隔水管和钻柱当前的运动数据；确定对应的定解条件，并判断运动数据是否满足定解条件：若是，则判断隔水管和钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。此本发明采用多个迭代过程对隔水管和钻柱在碰撞后的整个运动过程进行分析，而非采用一个统一的公式描述，本发明采用的方法更加符合实际情况，得到的相关数据更加具有实际意义。

Description

一种海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法及装置

技术领域

本发明涉及海洋钻井隔水管-钻柱耦合技术领域，特别涉及一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术

未来我国的深水石油资源开采前景广阔，隔水管系统作为深水油气开采装备的重要组成部分，需要面临复杂海洋环境条件的严峻挑战。

目前，国内外对于隔水管在海洋环境载荷作用下的动态响应的研究已经较为成熟，建立了一套完整的理论模型，可以利用哈密顿原理建立动力学模型，然后利用埃尔米特三次插值法进行离散，建立有限元模型，最后通过纽马克积分法对模型进行动态响应分析。然而对于隔水管-钻柱耦合的管中管模型的分析还处在研究初期阶段，由于隔水管会随着海洋环境载荷不断摆动，因此隔水管与钻柱的碰撞边界是自由移动边界，碰撞接触也是随机接触，所以碰撞接触状态很难判定。从现有的研究情况来看，有学者提出利用理论力学的碰撞理论，对管柱任一节点建立一套碰撞接触计算公式，假定弹性碰撞恢复系数，这样可以求得任一节点碰撞后的运动状态，但是碰撞力和碰撞时间都无法求得，而且隔水管与钻柱各节点的碰撞是相互影响的，产生的碰撞接触是耦合的，因此这样碰撞很难用一个统一的公式描述。因此有必要提供一种解决隔水管-钻柱耦合系统碰撞接触状态的模型。

发明内容

为解决上述至少一个问题，本发明实施例提供了一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。

第一方面，本发明提供了一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法确定方法包括：在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；每一次迭代过程包括：

根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

第二方面，本发明提供了一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析装置，该装置用于在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；每一次迭代过程包括：

根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

第三方面，本发明提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述上述基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法。

本发明实施例提供的技术方案，在隔水管和钻柱发送碰撞后，隔水管和钻柱的相对平衡被打破，计算在每一个迭代过程中隔水管和钻柱的运动数据，而且每一个迭代过程中的运动数据均满足其对应的碰撞接触状态。整个过程共执行多个迭代过程，直到隔水管和钻柱的相对运动状体重新达到平衡，可以得到在重新达到平衡的过程中隔水管和钻柱的真实运动过程。因此本发明采用多个迭代过程对隔水管和钻柱在碰撞后的整个运动过程进行分析，从而实现对整个过程的描述，而非采用一个统一的公式描述，所以本发明采用的方法更加符合实际情况，得到的相关数据更加具有实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例中每一次迭代过程的流程示意图；

图2a是本发明实施例中抗压刚度和法向应变之间的关系示意图；

图2b是本发明实施例中漂移物的模型示意图；

图3a为本发明实施例中在自由状态下隔水管、钻柱和漂移元的横截面示意图；

图3b为本发明实施例中在逆环境载荷碰撞状态下隔水管、钻柱和漂移元的横截面示意图；

图3c为本发明实施例中在顺环境载荷碰撞状态下隔水管、钻柱和漂移元的横截面示意图；

图3d为本发明实施例中隔水管和钻柱的相对位移的示意图；

图4为本发明实施例中一计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明提供一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法，该确定方法包括在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；如图1所示，每一次迭代过程包括：

S100、根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

其中，运动数据可以包括位移、速度、加速度、碰反力等。

可理解的是，为了进行隔水管-钻柱接触碰撞分析，构造了漂移元模型。即在隔水管内壁与钻柱外壁之间构造了漂移元，漂移元是一种虚拟的、由钻井液和气体组成的单元，如图3a所示，该单元的外边界与隔水管1内壁相接，该单元的内边界与钻柱3外壁相接，且几何形状为圆环。漂移元的各物理量都是时间的函数，其物理特性是：当隔水管1未与钻柱3发生碰撞接触时，隔水管1 与钻柱3的运动不受管壁约束，即为自由运动，此时漂移元2的抗压刚度为0、碰反力为0。

可理解的是，如图3b所示，当隔水管1与钻柱3在逆环境载荷方向发生碰撞时，漂移元2的抗压刚度呈线性变化，抗压刚度用来模拟隔水管1与钻柱3 的弹性变形，碰反力等于抗压刚度与漂移元2实际位移的乘积。对于隔水管1 而言，运动方向与海洋环境载荷方向相反，而对于钻柱3而言，运动方向与海洋环境载荷方向相同。发生此种碰撞后，隔水管1的速度减小，钻柱3的速度增加。具体可以通过冲量定理和碰撞恢复系数来计算隔水管1与钻柱3碰撞后的速度，最终描述出隔水管1与钻柱3的碰撞接触过程。如图3c所示，当隔水管1与钻柱3在顺环境载荷方向发生碰撞时，漂移元2的抗压刚度同样呈线性变化，隔水管1受到的碰反力与海洋环境载荷方向相同，隔水管1的速度增加，钻柱3的速度减小，也同样可以利用冲量定理和碰撞恢复系数来计算碰撞后隔水管1与钻柱3的速度。

可理解的是，由于在海洋钻井中隔水管与钻柱都是运动的，因此漂移元的位移可以理解为隔水管与钻柱的横向位移之差。如图3d所示，漂移元的位移为 d₂与d₁的差值。当发生逆海洋环境载荷碰撞时，钻柱中心的实际位移要小于隔水管中心的实际位移，漂移元的位移用正矢量表示。当发生顺海洋环境载荷碰撞时，钻柱中心的实际位移要大于隔水管中心的实际位移，因此漂移元的位移用负矢量表示。

可理解的是，漂移元模型是建立在不考虑钻柱的旋转运动且光滑内外壁碰撞的理想条件下，只用来分析在海洋环境载荷下隔水管与钻柱碰撞后的横向运动情况。因此当隔水管与钻柱在不产生碰撞时，漂移元的运动符合运动学规律，漂移元的位移、速度、加速度可由漂移元自身求得，此时漂移元的位移就是前面提到的隔水管中心的位移与钻柱中心的位移之差，漂移元的速度为对位移求导得到，加速度为对位移二次求导得到。但是当隔水管与钻柱发生碰撞时，由于碰撞过程很短，力突变大，使得隔水管的速度在极短的时间内发生了有限的变化，伴随着能量损失，因此本发明采用冲量定理和碰撞恢复系数相结合的方法来求解隔水管与钻柱碰撞后的速度变化。

当隔水管首次与钻柱发生碰撞前，隔水管受海洋环境载荷作用横向移动，钻柱在理想状态下静止不动，即首次碰撞属于一动碰一静问题。根据冲量定理得：

(m_隔水管v_隔水管(t+Δt)+m_钻柱v_钻柱(t+Δt))-m_隔水管v_隔水管(t)＝0

通过碰撞恢复系数的计算公式为：

基于以上两个公式得到如下第一公式，即若所述隔水管和所述钻柱为首次碰撞，则可以采用如下第一公式计算所述隔水管和所述钻柱在碰撞后的速度：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

可理解的是，上述时刻t为隔水管与钻柱发生碰撞的时刻。碰撞恢复系数k 的大小只与隔水管的材料的性质、放置方式有关，与载荷情况无关，具体由实验测量获得，例如，k取0.02～0.08。

可理解的是，当钻柱与隔水管发生初次碰撞获得速度以后，再次发生碰撞就是一动碰一动问题。当发生顺环境载荷碰撞时大部分属于钻柱冲击隔水管的情况，碰撞后隔水管的速度会增加，钻柱的速度降低甚至反向，同样可以利用冲量定理和碰撞恢复系数得到隔水管与钻柱碰撞后的速度。

在具体实施时，若所述隔水管和所述钻柱为非首次碰撞且所述碰撞接触状态为顺环境载荷碰撞状态，则可以采用第二公式计算所述隔水管和所述钻柱当前的速度，所述第二公式包括：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度， v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

可理解的是，当钻柱与隔水管发生逆环境载荷碰撞时，存在两种情况：一种是隔水管与钻柱同向运动，隔水管的速度高于钻柱的速度；另一种是隔水管与钻柱相向运动，钻柱的速度矢量方向为负，同样可以基于冲量定理和恢复系数计算隔水管与钻柱碰撞以后的速度。

在具体实施时，若所述隔水管和所述钻柱为非首次碰撞且所述碰撞接触状态为逆环境载荷碰撞状态，则可以采用第三公式计算所述隔水管和所述钻柱当前的速度，所述第三公式包括：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度， v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

可理解的是，钻柱与隔水管发生碰撞接触时，不仅位移、速度、加速度发生变化，还会产生碰反力F。在实际情况中由于摩擦的存在和钻柱旋转钻进的工况，会有轴向摩阻力、周向摩阻力、扭矩、弯矩的产生，但本发明中只考虑钻柱与隔水管的碰撞作用，因此漂移元产生的附加节点力就是碰反力，即 F_碰反力＝F_{附加节点力}。

在具体实施时，可以采用第四公式计算所述碰反力，所述第四公式包括：

F_碰反力＝K_GS_G

式中，K_G为漂移元的抗压刚度，S_G为漂移元的位移。

可理解的是，根据漂移元的位移确定抗压刚度K_G，从而确定碰反力，方便构造隔水管-钻柱耦合系统的动力学方程。由于利用漂移元模型建立动力学方程进行数值模拟时得到的隔水管位移、速度、加速度可能不是隔水管真实的运动状态，因此需要利用漂移元建立碰撞接触状态的定解条件，具体参见下文。

S200、根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

S210、若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

S220、否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

在具体实施时，针对隔水管与钻柱的三种碰撞接触状态：自由状态、逆环境载荷碰撞状态和顺环境载荷碰撞状态，设置的定解条件也有三种：

(1)自由状态的定解条件：

-1＜ε_G＜1

K_G＝0

F_碰反力＝0

(2)逆环境载荷碰撞状态对应的定解条件包括：

1≤ε_G≤ε_max

K_G＝K_Gc

F_碰反力＞0

v_隔水管(t+Δt)＜v_隔水管(t)

v_钻柱(t+Δt)＞v_钻柱(t)

式中，ε_G为漂移元的法向应变，ε_Gmax为漂移元的最大法向应变，K_G为抗压刚度，K_Gc为所述隔水管和所述钻柱发生碰撞时的抗压刚度，F_碰反力为碰反力， v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度。

(3)顺环境载荷碰撞状态对应的定解条件包括：

-ε_max≤ε_G≤-1

K_G＝K_Gc

F_碰反力＞0

v_隔水管(t+Δt)＞v_隔水管(t)

v_钻柱(t+Δt)＜v_钻柱(t)

式中，ε_G为漂移元的法向应变，ε_Gmax为漂移元的最大法向应变，K_G为抗压刚度，K_Gc为所述隔水管和所述钻柱发生碰撞时的抗压刚度，F_碰反力为碰反力， v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度。

其中，K_Gc可以由图2a中的关系图确定，即根据当前的法向应变在图2a中确定对应的抗压刚度。

其中，上述定解条件中可采用第五公式计算最大法向应变，第五公式包括：

式中，D为所述隔水管的内径，d为所述钻柱的外径，k为碰撞恢复系数，ε_Gmax为所述最大法向应变。

其中，上述定解条件中可采用第六公式计算法向应变，第六公式包括：

式中，ε_G为所述法向应变，SG(t)为所述漂移元在时刻t的位移，Δ_G为所述漂移元的初始间隙，D为所述隔水管的内径，d为所述钻柱的外径。

在具体实施时，可以采用上述定解条件判断之前求得的位移、速度、加速度、碰反力等运动数据是否满足隔水管与钻柱的碰撞接触状态：如果满足就进一步判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定，进而确定是否进入下一次迭代。如果不满足，就修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，再进一步判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定，进而确定是否进入下一次迭代。

其中，计算参数可以是法向应变，即通过调整法向应变来改变抗压刚度，法向应变与抗压刚度的关系如图2a所示。

其中，所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定，是指隔水管和钻柱的相对运动状体是否达到平衡，两者之间的漂移元重新回到初始的自由状态。

可理解的是，漂移元的基本假设与特点：首先需要假定漂移元是一个只有抗压刚度，没有阻尼和质量的单元，因此它只会衍生刚度矩阵，暂时不考虑阻尼矩阵与质量矩阵，通过抗压刚度来模拟出碰撞对隔水管与钻柱的影响，也能体现出相邻碰撞接触点的耦合作用。在未发生碰撞时，漂移元的抗压刚度为0，隔水管与钻柱的运动不发生变化。当发生碰撞时，漂移元所承受的最大抗压刚度为隔水管的刚度，通过漂移元的位移和抗压刚度确定碰反力，漂移元的抗压刚度能够模拟两者管壁的弹性变形，阻抗两者的进一步互相侵入。根据冲量定理和碰撞恢复系数来确定碰撞后隔水管与钻柱的速度。本发明可以通过漂移元的应变、抗压刚度来对隔水管与钻柱的碰撞接触状态进行判定，并结合漂移元的速度、位移、碰反力进一步明确漂移元的定解条件。本发明通过漂移元模型来求解海洋钻井隔水管与钻柱之间的碰撞问题，进而更加准确地描述深水钻井管柱系统在受到海洋环境载荷与管柱之间相互碰撞双重作用下的动态响应。

本发明提供的方法，在隔水管和钻柱发送碰撞后，隔水管和钻柱的相对平衡被打破，计算在每一个迭代过程中隔水管和钻柱的运动数据，而且每一个迭代过程中的运动数据均满足其对应的碰撞接触状态。整个过程共执行多个迭代过程，直到隔水管和钻柱的相对运动状体重新达到平衡，可以得到在重新达到平衡的过程中隔水管和钻柱的真实运动过程。因此本发明采用多个迭代过程对隔水管和钻柱在碰撞后的整个运动过程进行分析，从而实现对整个过程的描述，而非采用一个统一的公式描述，所以本发明采用的方法更加符合实际情况，得到的相关数据更加具有实际意义。

第二方面，本发明提供一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析装置，该装置用于在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；每一次迭代过程包括：

根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法。

图4是本发明实施例提供的一种电子设备400的结构示意图，该电子设备 400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器 (centralprocessing units，CPU)401和一个或一个以上的存储器402，其中，所述存储器402中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器401加载并执行以实现上述方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

可理解的是，本发明实施例提供的装置、计算机设备、计算机可读存储介质，有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考上述方法中的相应部分，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析方法，其特征在于，确定方法包括在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；

每一次迭代过程包括：

根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动数据包括速度，若所述隔水管和所述钻柱为首次碰撞，则采用第一公式计算所述隔水管和所述钻柱当前的速度，所述第一公式包括：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动数据包括速度，若所述隔水管和所述钻柱为非首次碰撞且所述碰撞接触状态为顺环境载荷碰撞状态，则采用第二公式计算所述隔水管和所述钻柱当前的速度，所述第二公式包括：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动数据包括速度，若所述隔水管和所述钻柱为非首次碰撞且所述碰撞接触状态为逆环境载荷碰撞状态，则采用第三公式计算所述隔水管和所述钻柱当前的速度，所述第三公式包括：

式中，k为碰撞恢复系数，m_隔水管为所述隔水管的质量，m_钻柱为所述钻柱的质量，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，Δt为时间步长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动数据包括碰反力，采用第四公式计算所述碰反力，所述第四公式包括：

F_碰反力＝K_GS_G

式中，K_G为漂移元的抗压刚度，S_G为漂移元的位移。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述碰撞接触状态为逆环境载荷碰撞状态，则对应的定解条件包括：

1≤ε_G≤ε_max

K_G＝K_Gc

F_碰反力＞0

v_隔水管(t+Δt)＜v_隔水管(t)

v_钻柱(t+Δt)＞v_钻柱(t)

式中，ε_G为漂移元的法向应变，ε_Gmax为漂移元的最大法向应变，K_G为抗压刚度，K_Gc为所述隔水管和所述钻柱发生碰撞时的抗压刚度，F_碰反力为碰反力，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述碰撞接触状态为顺环境载荷碰撞状态，则对应的定解条件包括：

-ε_max≤ε_G≤-1

K_G＝K_Gc

F_碰反力＞0

v_隔水管(t+Δt)＞v_隔水管(t)

v_钻柱(t+Δt)＜v_钻柱(t)

式中，ε_G为漂移元的法向应变，ε_Gmax为漂移元的最大法向应变，K_G为抗压刚度，K_Gc为所述隔水管和所述钻柱发生碰撞时的抗压刚度，F_碰反力为碰反力，v_隔水管(t+Δt)为所述隔水管在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_隔水管(t)为所述隔水管在时刻t的速度，v_钻柱(t+Δt)为所述钻柱在时刻t+Δt即当前时刻的速度，v_钻柱(t)为所述钻柱在时刻t的速度。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，采用第五公式计算所述最大法向应变，所述第五公式包括：

式中，D为所述隔水管的内径，d为所述钻柱的外径，k为碰撞恢复系数，ε_Gmax为所述最大法向应变。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，采用第六公式计算所述法向应变，所述第六公式包括：

式中，ε_G为所述法向应变，S_G(t)为所述漂移元在时刻t的位移，Δ_G为所述漂移元的初始间隙，D为所述隔水管的内径，d为所述钻柱的外径。

10.一种基于漂移元模型的海洋钻井隔水管-钻柱碰撞分析装置，其特征在于，该装置用于在钻柱与隔水管发生碰撞后，执行多次迭代过程；

每一次迭代过程包括：

根据冲量定理和碰撞恢复系数，确定所述隔水管和所述钻柱当前的运动数据；

根据所述钻柱与所述隔水管发生碰撞时对应的碰撞接触状态，确定对应的定解条件，并判断所述运动数据是否满足所述定解条件：

若是，则判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程；

否则，修改相应的计算参数，直到根据修改后的计算参数所确定所述运动数据满足所述定解条件，判断所述隔水管和所述钻柱的当前相对运动状态是否稳定：若是，则结束迭代过程，否则进入下一次迭代过程。

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