深水钻井隔水管伸缩装置动密封试验研究

为了验证深水钻井隔水管伸缩装置设计原理的正确性、补偿功能和密封性能的可靠性,采用1∶3隔水管伸缩装置原理样机对其动密封进行试验研究。阐述了原理样机的密封设计原理和试验内容,在对试验工况进行分析的基础上,形成了试验总成方案;设计了由动力系统、补偿系统、加压系统、密封驱动系统和连接架体组成的动密封试验装置。利用该试验装置成功开展了深水钻井隔水管伸缩装置原理样机的动密封试验,验证了其密封设计原理的正确性和密封可靠性。试验结果为成功研制深水钻井隔水管伸缩装置奠定了基础。     

深水钻井隔水管系统关键技术研究与发展建议

针对深水钻井隔水管系统特点,分析了隔水管接头设计、隔水管材料、隔水管焊接、挠性接头挠性元件制造、隔水管试验和隔水管系统管理等关键技术,重点阐述了国内在隔水管关键技术研究方面取得的进展和突破,包括具有自主知识产权的隔水管接头快速连接技术、深水隔水管法兰接头用材料X80J、隔水管用X80级埋弧焊直缝钢管、高承载耐疲劳挠性元件制造、大直径厚壁管体全熔透焊接、隔水管载荷装置开发、隔水管系统管理等,对相应关键技术进行总结,并从加快隔水管系统自主配套出发,提出了若干建议。     

紧急解脱隔水管回弹响应分析北大核心CSCD

钻井隔水管紧急解脱回弹响应问题是影响深水浮式钻井平台钻井作业安全的重要问题。综合考虑钻井液下泄力、张拉力等因素影响,利用ANSYS/AQWA建立了紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型,并以1 500 m水深钻井作业紧急解脱隔水管为例进行了隔水管回弹响应分析。分析结果表明:隔水管解脱后伸缩节响应滞后时间与应力波传播时间一致,且不同张拉力条件下由隔水管重量控制的伸缩节稳定位置相同,证明了本文所建紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型的正确性;钻井液密度越大,钻井液下泄力越大,隔水管解脱后底部隔水管总成(LMRP)触底的可能性越大;张拉力对LMRP回弹位移和伸缩节的许用冲程影响较大,张拉力越大,LMRP回弹位移和伸缩节位移越大。本文研究成果可为深水钻井隔水管紧急解脱作业安全提供参考。     

紧急解脱隔水管回弹响应分析

钻井隔水管紧急解脱回弹响应问题是影响深水浮式钻井平台钻井作业安全的重要问题。综合考虑钻井液下泄力、张拉力等因素影响,利用ANSYS/AQWA建立了紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型,并以1500m水深钻井作业紧急解脱隔水管为例进行了隔水管回弹响应分析。分析结果表明:隔水管解脱后伸缩节响应滞后时间与应力波传播时间一致,且不同张拉力条件下由隔水管重量控制的伸缩节稳定位置相同,证明了本文所建紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型的正确性;钻井液密度越大,钻井液下泄力越大,隔水管解脱后底部隔水管总成(LMRP)触底的可能性越大;张拉力对LMRP回弹位移和伸缩节的许用冲程影响较大,张拉力越大,LMRP回弹位移和伸缩节位移越大。本文研究成果可为深水钻井隔水管紧急解脱作业安全提供参考。     

钻井隔水管柔性悬挂系统试验装置设计及仿真研究

半潜式钻井平台隔水管在防台过程中采用硬悬挂和软悬挂均不能完全满足恶劣环境下平台安全撤离要求。根据硬悬挂和软悬挂特点,提出了隔水管柔性悬挂方案,并根据相似原理设计了隔水管柔性悬挂系统试验装置,该试验装置主要包括升沉模拟系统、运动补偿系统和负载等3部分。采用限压补偿法,利用SimulationX软件对隔水管柔性悬挂系统试验装置进行了仿真分析,仿真结果表明:本文设计的隔水管柔性悬挂系统试验装置可以模拟平台升沉、削弱隔水管动载等试验功能;隔水管柔性悬挂装置可以运用有限行程降低负载加速度,证明了隔水管柔性悬挂避台的可行性。本文研究成果为半潜式钻井平台隔水管悬挂避台提供了新思路。     

海洋钻井隔水管单根制造技术研究

针对国内在隔水管制造技术方面的研究成果,结合隔水管单根实际生产制造的过程,分析了国内在隔水管单根的制造过程中所需要的关键技术。通过对隔水管单根制造过程的探索与研究,以隔水管单根的组成和相关技术参数为起点,从隔水管的材料选择、管体制造、接头技术、焊接技术、加工与装配、防腐处理和试验验证7个方面对隔水管目前的制造技术进行了分析研究。研究结果表明:我国已经掌握了隔水管单根的制造技术,此项技术国产化的实现将对我国海洋石油装备的国产化发展具有推动作用。     

海洋隔水管用X80钢级高强度直缝埋弧焊管的开发

针对海洋隔水管的力学性能和外观技术指标,设计了海洋隔水管JCOE制管工艺流程,开发出了X80钢级Φ533.4 mm×15.9 mm海洋隔水管用直缝埋弧焊管,并对海洋隔水管进行了检测。检测结果显示,研制的X80钢级Φ533.4 mm×15.9 mm深海隔水管力学性能指标和外观几何尺寸满足标准和客户的要求。分析表明,设计的工艺流程合理,并已掌握了深海隔水管的关键制造技术,已具备海洋隔水管用直缝埋弧焊管产品批量化生产能力。     

深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计

针对目前深水钻井防台时隔水管处理方式存在的作业窗口小、作业模式选择困难、易发生事故等问题,本文提出了将隔水管硬悬挂与软悬挂方案相结合的新方法,既能快速操作,又能缓冲隔水管运动。为了降低新方法中隔水管的加速度,提出并分析了3种控制方案对加速度的补偿效果,结果表明加速度峰值控制方案具有制造安装简单、实施方便等优势。在此基础上针对加速度峰值控制方案中封闭高压系统散热难的问题,提出了采用差动液压缸实现半开式循环散热的方法。本文提出的隔水管加速度峰值控制悬挂方法及其配套的差动散热-主动控制节流装置,具有较好的动载荷补偿能力,可为我国深水钻井防台提供技术支持。     

深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法

隔水管悬挂窗口为允许隔水管进行悬挂作业的环境载荷极值条件,钻前形成悬挂窗口对于指导隔水管现场作业至关重要。提出隔水管软、硬悬挂模式作业窗口分析方法,建立隔水管轴向动力分析有限元模型,基于隔水管悬挂作业限制准则,进行不同海况条件下的隔水管悬挂窗口研究。波高周期作业窗口分析表明,隔水管硬悬挂窗口受平台升沉运动与波浪周期共同影响,波浪周期在10~16 s、20~24 s 之间的作业窗口较窄,硬悬挂自存时推荐平台艏向取45°浪向角;隔水管软悬挂窗口主要受伸缩节冲程限制,不同浪向角下的作业窗口基本相同。波浪海流作业窗口分析表明,海流流速越大隔水管悬挂允许的最大波高越小。对比两种悬挂模式下的作业窗口,软悬挂模式较大地扩展了隔水管的悬挂作业窗口。     

深水隔水管与钻柱耦合作用力学模型

建立了深水隔水管与内部钻柱耦合作用下的横向振动力学分析模型,该模型耦合了钻柱与隔水管间相互作用的侧向接触力及摩擦力,可以更加准确地描述海洋隔水管的受力与变形状态,为海洋隔水管安全使用,以及隔水管设计制造提供了理论分析方法。     

深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析

深水钻井中,若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离,隔水管会反冲,易导致钻井事故。为了解隔水管紧急脱离后的反冲响应规律,分析了隔水管反冲产生的原因及反冲响应过程,明确了隔水管反冲响应的机理和关键影响因素。在此基础上,建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型,以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素,基于ANSYS有限元分析软件,建立了隔水管反冲响应分析模型,并以1 500 m水深钻井中的隔水管为例,计算、分析了不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明,与防喷器紧急脱离后,隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲,伸缩节冲程减小。研究认为,紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响,因此应合理选择紧急脱离时刻和顶部张紧力,以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。      

深海采矿脐带缆管理系统分析

为解决采矿作业过程中海洋载荷、硬质提升管道、关键设备对脐带缆的潜在损伤,采用新设计的背负式管夹将脐带缆紧固在提升硬管上,在伸缩装置区域对脐带缆进行升沉运动补偿。在前期研究的基础上,对脐带缆绑扎中的现场作业环境、正常与特殊管段绑扎以及脐带缆升沉补偿中的顶部支撑及弯曲限制等内容进行分析研究,尝试建立一套适用于深海采矿“泵-管”连续提升作业的脐带缆管理系统。该系统可为深海采矿系统脐带缆的安全服役提供一种可靠的工程实例借鉴。     

MT-E50F深水钻井隔水管终端接头研制

为满足深水钻井隔水管系统的需要,采用等强度螺栓连接、高压动态密封、高强度厚壁管体全熔透对接焊接等技术,研制了MT-E50F型深水隔水管终端接头,并进行了8 896 kN载荷试验、静水压试验和连接互换性试验。试验结果表明,MT-E50F型隔水管终端接头满足深水使用要求和载荷工作要求,密封性能可靠。提出了进一步完成MT-E50F型隔水管终端接头深水水下工业性海试、开展隔水管LMRP系统集成研究和试验等建议。该装置的成功开发对海洋钻井隔水管系统国产化具有一定的参考作用。     

超深水钻井隔水管设计影响因素

超深水钻井隔水管设计的影响因素主要为环境因素与作业因素,前者主要包括水深、波浪、海流,后者主要包括钻井液密度,脱离后隔水管系统悬挂模式、浮力块分布、涡激抑制设备等.系统总结了超深水钻井隔水管设计影响因素.研究了各因素影响隔水管设计的机理.定性或定量分析了各因素对隔水管设计的影响.研究表明,水深和海流是隔水管设计最显著的影响因素,水深增加导致隔水管材料、结构,配置产生重大变化,海流导致隔水管产生涡激疲劳,并增加隔水管下放与收回的难度.悬挂模式影响隔水管系统的浮力系数和浮力块分布,涡激抑制设备造成隔水管作业困难,钻井液密度影响隔水管的有效张力和底部球铰转角进而影响隔水管系统的稳定性.相关结论可为超深水钻井隔水管设计、配置、作业、管理提供参考.     

隔水管挠性接头试验装置设计

基于隔水管挠性接头的使用工况和功能特点,分析了隔水管挠性接头的试验内容与试验原理,设计了隔水管挠性接头试验装置。该试验装置包括3种类型的试验工装,分别用于水压试验、弯曲循环试验和载荷试验。重点介绍了弯曲循环试验工装和载荷试验工装的结构原理与使用方法。该试验装置可用于模拟隔水管挠性接头在海洋的工况并试验与研究,试验数据与结果可为现场使用提供参考依据。     

无接箍隔水导管接头结构设计及力学特性分析

无接箍隔水导管接头以其优良的工作性能被广泛应用。由于无接箍隔水导管接头螺纹啮合面的非线性,常用的二维接头模型不能满足其复杂的力学分析要求。根据在东海某扣型无接箍隔水导管接头的CAD设计模型,建立了考虑螺纹升角的不同径向尺寸、不同螺纹头数的三维有限元计算模型,分析了无接箍隔水导管接头的结构特点和应用前景。通过上扣转矩、弯矩、轴向拉力等载荷的施加与计算,得到与二维有限元模型不同的计算结果。无接箍隔水导管接头的应力分布不均匀,并且螺纹头数越多,应力极值越小; 探讨了在不同载荷组合下,应力极值出现的位置。可为无接箍隔水导管接头的选择提供参考。     

深水钻井隔水管单根寿命管理方法

深水钻井隔水管面临多种失效模式,对隔水管单根寿命进行管理有助于提高隔水管服役的可靠性。基于深水钻井隔水管系统完整性管理流程,提出了隔水管单根寿命管理方案:根据隔水管事故统计结果识别深水钻井隔水管的主要失效模式;建立隔水管单根失效风险矩阵,详细阐述深水钻井隔水管单根失效概率分析和失效后果分析的过程及方法;最后确定隔水管单根的检测要求、检测方法与维修方法。      

清管器发射和接收装置的设计及应用

清管器发射和接收装置是油气运输管道清洗所必需的设备,其设计和制造质量对安全生产至关重要。介绍了该设备的工艺原理以及快开盲板、高压液体进出口位置和过球指示仪位置的设计准则。对特殊部位的焊接和制造公差提出了要求。该设备已在海上钻井平台成功应用,并有200多台出口到国外。