具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本申请所涉及的名词进行解释：

隔水管：是水下器具的部件之一。连接海底防喷器组和浮动式海上钻探装置的钢管，主要是用来隔绝海水，导入钻具和套管，以及构成泥浆循环的通道。

防喷器：是用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐高压等特点，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置。

遥控无人潜水器：即水下机器人。举例而言，典型的遥控无人潜水器系统由水面设备部分和水下设备部分组成，其中，水上部分主要包括甲板控制单元、绞缆车、释放回收设备、电源以及导航与数据采集系统等；水下设备部分则主要由潜水器、成像系统、水下声学定位跟踪系统以及机械臂等部分组成。

图1为本申请实施例提供的控制深水钻井隔水管横向振动的场景示意图，如图1所示，隔水管在安装过程中会受到波浪与海流的作用从而产生横向振动，本申请通过在深水钻井隔水管安装过程中施加减振控制，具体可以是通过控制遥控无人潜水器(RemoteOperated Vehicle，简称ROV)对隔水管底部总成与防喷器组(Lower Marine RiserPackage/Blowout Preventer Stack，简称LMRP/BOPS)施加横向动态位移，逐渐减小隔水管底部与水下井口的横向间距，从而确保隔水管与水下井口顺利对接。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图2为本申请实施例提供的深水钻井隔水管安装的减振控制方法的流程图。如图2所示，本实施例的方法，可以包括：

S201：隔水管在安装过程中的力学模型，确定隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移。

其中，力学模型用于反映深水钻井隔水管在安装过程中的受力情况，包括但不限于，例如：隔水管在水深梯度方向上的受力情况、波浪力与洋流力方向上的受力情况，以及隔水管本身的固有特性对受力的影响，例如材料特性、应变量等因素。

基于上述考虑因素可以在执行减振控制之前预先建立力学模型，以确定隔水管在安装过程中各个位置在不同时间上的横向振动位移，各个位置可以包括：隔水管顶部、隔水管底部，以及从顶部至底部之间的若干个位置点；按照过程中的不同时间表示了在安装推进的过程中的不同时间点。因此，不同的位置与不同的时间点便形成了多对多的对应关系，即，隔水管上的每个位置在不同时间点上可能有不同的横向振动位移；而每个时间点上，隔水管上不同的位置也有不同的横向振动位移。这样的对应关系可以以矩阵形式表示，或者以其他形式表示。

S202：确定隔水管在安装过程中横向振动产生的应力。

其中，将隔水管在安装过程中产生的弯矩作为计算应力的中间值，确定在隔水管在某一时刻某一长度所受应力的大小。

本实施例中，在获得某一时刻的隔水管横向振动位移、弯矩后，可以进一步求得应力，并且可将此方法推广到整个时间区间，求解任意时刻任意长度的深水钻井隔水管安装过程横向减振特性。

S203：根据应力以及隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，确定在安装过程中对隔水管底部施加的减振控制速度。

确定出隔水管在安装过程中横向振动产生的应力，以及各个位置在不同时间的横向振动位移后，需要考虑不同的速度控制方式对应力及横向振动位移的影响。速度控制方式可以包括匀速控制、加速控制、减速控制等多种方式，如何选择最终的速度控制方式，可以从隔水管产生的横向振动位移及受到的应力大小出发进行选择。其中，考虑的应力因素可以是隔水管底部运动到水下井口正上方时的位移和控制过程中受到应力的最大值，进而确定在安装过程中对隔水管底部施加的减振控制速度。

S204：基于减振控制速度，对隔水管底部进行减振控制。

对于上述涉及的匀速控制、加速控制和减速控制方式，能够分别确定出对应的应力的最大值，其中，应力最大值最小的为减速控制方式，因此，可以选择减速控制方式在隔水管安装过程中进行减振控制，即底部施加运动的速度随时间降低。

在此基础上对减振操作时间进行控制，其中考虑的因素是隔水管受到的应力大小，进而确定对隔水管底部施加的减振操作时间。在深水钻井隔水管安装过程施加减振控制时，可以在保证底部运动速度逐渐减慢的前提下，增加减振控制时间，来保证此减振控制方法的适用性。

本申请实施例提供的深水钻井隔水管安装的减振控制方法，根据深水钻井隔水管在安装过程中的力学模型，确定隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，确定隔水管在安装过程中横向振动产生的应力，根据应力以及隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，确定在安装过程中对隔水管底部施加的减振控制速度，基于减振控制速度，对隔水管底部进行减振控制。通过上述方法能够有效降低隔水管在安装过程中产生的横向振动位移，实现隔水管与与水下井口顺利对接，保障安装作业的顺利进行。

本实施例的上述步骤上，进一步提供了建立隔水管在安装过程中力学模型的具体实现方式。

基于隔水管在安装过程中的顶部和底部的受力情况以及隔水管所受到的横向作用力，确定隔水管在安装过程中的力学模型。

由于深水钻井隔水管安装过程的受力情况的复杂性，以及受影响因素的多样性，可以考虑主要影响因素而简化次要因素的影响，因此，可以假设：①隔水管为各向同性线弹性的理想材料；②隔水管的应变是一个小量，可以忽略不计；③水深梯度方向上，隔水管的几何特性和力学特性无变化；④波浪力与海流力在同一平面内，且传播方向一致；⑤海流力是水深与时间的函数。

需要说明的是，上述建模的前提尽是从典型的场景出发而考虑的简化受力情况而给出的具体实施方式，但并不以此作为对本申请的限制。

可选的具体的，可以以隔水管顶部与浮式钻井平台连接处为坐标原点，水深梯度方向为x轴，波浪和海流力的传播方向为y轴；

式中，E为隔水管的弹性模量，Pa；I为隔水管的极惯性矩，m⁴；T(x)为隔水管顶部拉力，N；y(x,t)为隔水管横向位移，m；t为时间，s；x为隔水管长度，m；m为单位长度隔水管总质量，kg；f(x,t)为波流联合作用力。

其中，由于顶部与浮式钻井平台连接，在深水钻井隔水管安装过程中，平台会在波浪作用下产生横向周期性动态位移。因此，可将隔水管顶部边界条件表示为：

式中，S(t)为浮式钻井平台动态位移，m。

其中，由于底部产生了一个通过ROV施加给隔水管底部的位移，底部边界条件为：

式中，Y(t)为ROV施加的横向动态位移，m；L为水深，m。

顶部钻井平台的周期性横向运动可表示为：

式中，S_L为平台漫漂幅值，m；T_L为平台漫漂周期，s；S₀为浮式钻井平台静偏移，m；t为时间，s。

波浪与海流对隔水管的横向作用力可表示为：

式中，C_M为附加质量系数，无量纲；C_D为拖曳力系数，无量纲；ρ_w为海水密度，kg/m³；D为隔水管外径，m；v_w为波浪质点水平速度，m/s；v_c为海流速度，m/s。

在考虑安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移时，可以在隔水管的长度方向上对隔水管进行分段，并对减振控制的操作时间划分为多个操作时间段。再根据力学模型，确定隔水管在安装过程中每个分段在各个操作时间段上的横向振动位移。

具体而言，可以将隔水管在x方向上划分为n段，得到n+1个节点，每段长度设为h，将节点自上而下编号，顶部第一个节点为1，底部最后一个节点为n+1，用i来表示任意一个节点。将ROV减振控制操作的时间变量划分为m段，得到m+1个时间节点，每段时间尺度设为k，将时间节点编号，用j来表示任意一个时间节点。因此，在计算隔水管横向振动位移时，可用y(i,j)表示位置在i处，j时刻的隔水管位移，f(i,j)表示j时刻下，i处受到外部载荷；

其中，展开后得到偏导数的差分格式：

因此，可将控制方程转化为差分格式：

进而，将差分格式的控制方程进行同类型合并，可得到：

式中：

其中，边界条件的差分格式为：

将隔水管产生的剪力作为底部边界条件，隔水管产生的剪力可表示为:

式中，为j时刻i长度处隔水管剪力，N。

以j时刻的横向振动位移为例，研究深水钻井隔水管安装过程横向振动位移y(x,t)沿x方向的分布规律。将控制方程与边界条件联立，可得到j时刻计算深水钻井隔水管安装过程横向减振控制的代求方程：

该方程组共有n+5个方程组，n+5个代求横向位移，因此该方程组可封闭求解得到隔水管在安装过程中产生的横向振动位移。

在确定隔水管安装过程中横向振动产生的应力，可以根据每个操作时间段上隔水管各分段的弯矩以及隔水管的横截面面积、抗弯截面模量来确定。

隔水管产生的弯矩可表示为：

式中，为j时刻i长度处隔水管弯矩。

根据弯矩以及隔水管的横截面面积、抗弯截面模量，确定在每个操作时间段上隔水管各分段的应力。

隔水管所受应力可表示为：

式中，为j时刻i长度处隔水管所受应力，MPa；S为隔水管横截面面积，mm²；W为隔水管抗弯截面模量，mm³。

求得应力之后，可以根据应力，以及隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，确定在安装过程中对隔水管底部施加的减振控制速度。

可选的，确定在多种不同速度控制模式下，应力的最大值及横向振动位移值，多种不同速度控制模式包括以下至少一种：匀速控制、加速控制、减速控制。

在多种不同速度控制模式下，可以选取横向振动位移最大值最小和应力的最大值最小的控制模式。

其中，某海域相关信息和隔水管等具体参数见表：

本实施例中，图3为四种不同的减振控制方式，如图3所示，四种控制方式的区别在于底部ROV施加横向位移速度的不同。控制方式1速度恒定，控制方式2、3速度逐渐加快，控制方式4速度逐渐减小。

四种减振控制方式的表达式如下：

控制方式1：

Y(t)＝-0.3t+60

控制方式2：

Y(t)＝-0.0015t²+60

控制方式3：

控制方式4：

其中，隔水管如果没有经过横向减振处理，其产生的横向振动位移约为60m。

本实施例中，图4为隔水管整体位移分布情况，如图4所示，隔水管通过减振控制后，位移分别降低至23.5m、24.3m、27.7m和22.6m。

本实施例中，图5为隔水管所受von Mises应力分布情况。由于底部施加了动态位移，隔水管所受弯矩和应力增大。如图5所示，隔水管在四种不同的控制方式下所受应力分别增大至198.2MPa、208.9MPa、216.4MPa和197.9MPa。

进而，在施加控制方式4后，隔水管整体位移与应力明显低于其他三种控制方式，因此控制方式4为深水钻井隔水管安装过程横向减振控制方式的最优形式，即底部施加位移的速度逐渐减小。

在确定速度控制方式后，可以基于相应的减振控制速度，对隔水管底部进行减振控制。

考虑到不同减振控制的时长对隔水管应力最大值的影响，可以进一步确定对隔水管底部进行减振控制的时长。

本实施例中，图6为四种不同减振操作时间的控制方式，将减振控制操作时间分别选取为100s、200s、300s和400s，如图6所示，表征了四种减振控制方式下ROV施加的横向位移随时间的变化关系。四种减振控制方式的位移表达分别为：

控制方式4-1：

控制方式4-2：

控制方式4-3：

控制方式4-4：

本实施例中，图7为操作时间对隔水管横向振动位移的影响，如图7所示，随着减振控制时间由100s增加至400s，当隔水管底部运动到水下井口最上方时，隔水管横向振动位移最大值分别为30.5m、22.5m、32.5m和20.5m。

本实施例中，图8为操作时间对隔水管所受von Mises应力的影响，如图8所示，在减振控制过程中，随着减振控制时间由100s增加至400s，隔水管受到的应力最大值由212.0MPa减小至187.5MPa。

进而，减振控制的操作时间对减振后深水钻井隔水管横向振动位移无规律性影响，但是增加减振控制时间，会降低隔水管受到的应力。

本申请实施例根据应力，以及隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，能够确定无人潜水器在隔水管安装过程中对其底部施加的减振控制速度。在匀速控制、加速控制、减速控制等多种不同速度控制模式下，选取横向振动位移最大值最小和应力的最大值最小的控制模式。同时，根据不同减振控制的时长对隔水管应力最大值的影响，确定对隔水管底部进行减振控制的时长。

图9为本申请实施例提供的深水钻井隔水管安装的减振控制设备示意图，如图所示，本实施例提供的深水钻井隔水管安装的减振控制设备900，可以包括计算模块901和控制模块902。

可选的，计算模块901，具体用于根据深水钻井隔水管在安装过程中的力学模型，确定隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移；确定隔水管在安装过程中横向振动产生的应力，并根据应力，以及隔水管在安装过程中各个位置在不同时间的横向振动位移，确定在安装过程中对隔水管底部施加的减振控制速度。

可选的，控制模块902，具体用于基于减振控制速度，对隔水管底部进行减振控制。

本实施例的设备，可用于执行如图2所示的方法实施例，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图10为本申请实施例提供的深水钻井隔水管安装的减振控制设备示意图。如图10所示，本申请实施例提供一种深水钻井隔水管安装的减振控制设备1000包括：处理器1001、存储器1002，其中，处理器1001、存储器1002通过总线1003连接。

在具体实现过程中，存储器中存储代码，处理器运行存储器中存储的代码，以执行上述方法实施例的深水钻井隔水管安装的减振控制方法。

处理器1001的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

在上述的图10所示的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application SpecificIntegrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。

总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

本申请实施例提供一种深水钻井隔水管安装的减振控制系统，系统结构可参考图1所示，该系统可以包括：无人潜水器，无人潜水器与隔水管底部总成与防喷器组连接，还包括上述设备实施例的深水钻井隔水管安装的减振控制设备。

本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现上述方法实施例的深水钻井隔水管安装的减振控制方法。

上述的计算机可读存储介质，可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。