张力腿平台立管张紧力优化北大核心CSCD

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

张力腿平台立管张紧力优化

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

油管泥线悬挂器在张力腿平台干式井口的应用

降低张力腿平台立管顶部张力大小有利于减小平台载荷,缩小平台尺寸。对TTR系统进行了整体张力分析和局部受力分析,推导得出:生产管柱重力不影响立管顶部张力的大小,采用油管泥线悬挂器无法有效降低平台载荷;是否采用油管泥线悬挂器取决于立管局部受力分析结果;建议采用立管环空注氮的方式降低立管顶部张力。算例分析结果表明:环空注氮后立管顶部张力仅为8 kN,比注氮前降低约280 kN;立管轴向受压区不存在受压失效风险,受拉区张力较小,若生产管柱湿重继续增大,则立管受拉区有转为受压状态的可能,需要考虑增大张紧器张力或采用生产管柱泥线悬挂器的办法来保证吊环以下立管整体处于受拉状态。所得结论可为油管泥线悬挂器在张力腿平台的应用提供参考。     

自由站立式立管顶部及底部连接装置试验系统的研制与数值模型优化北大核心CSCD

基于相似理论及弹塑性力学相关理论与方法,自主建立了自由站立式立管顶部连接装置和底部连接装置的模型试验系统,包括加载装置、原理样机角度调节装置、鹅颈管张力角度调节装置、恒张力装置、弯矩加载装置及边界固定装置。通过整体数值模拟得到最危险工况作为试验工况并给出试验加载边界,分别利用试验系统和局部数值模拟得到顶部连接装置和底部连接装置在最危险工况下的响应,并进行了对比分析,结果表明:该试验系统能够有效地测量自由站立式立管顶部及底部连接装置不同位置的静态及动态响应,利用试验结果验证后的数值模型能够很好地反映自由站立式立管顶部及底部结构静态及动态响应;在不同工况下,自由站立式立管顶部连接装置及底部连接装置最大应力出现在顶部连接装置与立管连接处,表明该顶部及底部连接装置还有进一步的优化空间。该试验装置的成功研制为深入研究自由站立式立管顶部结构及底部结构响应提供了一种新的手段和方法,有利于保障自由站立式立管系统的作业安全。     

自由站立式立管顶部及底部连接装置试验系统的研制与数值模型优化

基于相似理论及弹塑性力学相关理论与方法,自主建立了自由站立式立管顶部连接装置和底部连接装置的模型试验系统,包括加载装置、原理样机角度调节装置、鹅颈管张力角度调节装置、恒张力装置、弯矩加载装置及边界固定装置。通过整体数值模拟得到最危险工况作为试验工况并给出试验加载边界,分别利用试验系统和局部数值模拟得到顶部连接装置和底部连接装置在最危险工况下的响应,并进行了对比分析,结果表明:该试验系统能够有效地测量自由站立式立管顶部及底部连接装置不同位置的静态及动态响应,利用试验结果验证后的数值模型能够很好地反映自由站立式立管顶部及底部结构静态及动态响应;在不同工况下,自由站立式立管顶部连接装置及底部连接装置最大应力出现在顶部连接装置与立管连接处,表明该顶部及底部连接装置还有进一步的优化空间。该试验装置的成功研制为深入研究自由站立式立管顶部结构及底部结构响应提供了一种新的手段和方法,有利于保障自由站立式立管系统的作业安全。     

在位浮式平台回接钢悬链线立管安装设计

详细介绍在位浮式平台的钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)回接安装的流程、安装分析方法以及分析准则。以某半潜平台为例,对其钢悬链线立管的安装进行静态、动态和疲劳分析,得到安装作业的气候窗和关键状态最长待机时间等重要安装参数。     

“海洋石油201”用于陵水17-2气田深水钢悬链立管铺设的可行性分析北大核心CSCD

为充分发展我国自有深水铺管装备能力,对"海洋石油201"(HYSY201)铺管船用于陵水17-2气田深水钢悬链立管(SCR)S-Lay铺设的可行性进行了研究。以外径323.9 mm的SCR为例,采用有限元软件OrcaFlex就SCR起始、正常和终止铺设等3个阶段进行了静态分析,并基于静态分析结果选择对应的关键步骤进行了动态分析,评估了SCR最大顶部张力、上弯段和悬垂段的最大应变、托管架滚轮最大支反力等,进而判断HYSY201可否用于陵水17-2气田SCR的铺设。结果表明,HYSY201可用于陵水17-2气田外径不大于323.9 mm的SCR的铺设作业,但是无法用于外径为457 mm的SCR铺设作业,需要使用其他更高能力的S-lay铺管船或J-lay铺管船完成铺设。本文研究结果为陵水17-2气田深水SCR铺管船的选择及铺设方法的确定提供了重要的参考依据,具有实际工程指导意义。     

筋腱断裂后张力腿平台-筋腱-立管耦合系统响应分析

以某张力腿平台为例,建立了张力腿平台-筋腱-立管耦合系统动力学分析模型,开展了多种工况和不同筋腱断裂状态下平台-筋腱-立管系统瞬态响应研究。结果表明:筋腱断裂后,平台运动位移和绕Z轴转动角度变化较小,平台绕X、Y轴转动角度变化较大且发生高频波动,经过衰减后平台的运动频率与完整状态下保持一致;位于断裂筋腱对角线位置上的筋腱顶部张紧力减小,其余筋腱张紧力增大,所有筋腱顶部张紧力发生高频波动并不断衰减至与完整状态下的波动频率一致;所有钻井立管和生产立管顶部平均张紧力都增大,且2根筋腱断裂后的立管顶部平均张紧力增大值较大。本文研究成果可为极端工况下张力腿平台设计和立管系统安全性评估提供参考。     

基于工作应力准则的深水钢悬链立管最小壁厚计算分析

基于工作应力准则,以具体的油外输深水钢悬链立管（SCR）参数为研究对象,进行了深水SCR立管最小壁厚的计算,探讨了水深和顶部悬挂角对深水立管最小壁厚的影响,对于深水钢悬链立管实际工程设计具有重要的参考作用。     

张力腿平台钻机猫道方案及比较研究

张力腿平台由于自身的运动特点和钻井/生产立管安装作业需求,造成其钻机模块的部分设计方案与固定式平台不同。为提高张力腿平台钻机模块管子处理作业时效,同时保证浮式平台的吊装作业安全性,本文列举了多项猫道方案,并考虑操作便利、作业安全以及应用经验等方面进行了对比,为张力腿平台钻机模块猫道方案的选型提供一种有效可行的方法。     

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。     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

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。      

深水钢悬链线立管全尺寸共振弯曲疲劳试验设计参数的确定

钢悬链线立管作为深海海洋石油连接浮式生产装置与海底生产系统的关键装备,由于海流运动、涡激振动及波浪涌动,长期承受垂直张力及交变应力的作用,可能导致疲劳失效。为了避免此类情况的出现,需对钢悬链线立管进行焊缝疲劳试验,预估其疲劳寿命。通过对钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验分析,其设计参数主要包括试样长度和固有频率、焊缝位置,焊缝数量、应变控制等。建立数值解析求解方法和模态分析法组合法,确定试样长度和试样一阶固有频率,为深水钢悬链线立管共振弯曲疲劳试验提供理论基础。焊缝数量和焊缝位置需考虑焊接热影响区和焊缝应力集中区域大小的影响,建议在立管试样上设置2个对焊接头进行评价,控制应变应以焊缝位置的应变为控制基准。通过分析钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验设计参数,为促进钢悬链线立管的国产化提供技术支撑。     

环境载荷对深水隔水管底部球接头的影响分析

隔水管底部球接头是深水钻井的关键部件 ,其工作状态及力学行为对安全作业显得格外重要。建立了深水钻井时海洋环境载荷作用下 ,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型 ,引入了非线性力学理论 ,计算结果更符合实际。计算分析表明 ,隔水管底部球铰处的转角是制约深水作业的重要参数 ,船体的漂移是影响它的最重要的因素 ;其次是隔水管顶部张力 ,随着顶部张力的增大 ,底部球铰的转角减小 ;随着海流速度的增大 ,底部球铰的转角增大 ;海浪的影响不明显。实际钻井过程中 ,当海流速度较大时 ,可通过增加顶部张力或加浮力块的方式来改善底部球接头的工作状况。     

深水钻井隔水管张紧系统反冲控制仿真研究

隔水管张紧系统能够克服浮式平台/船升沉运动对隔水管的影响,为隔水管提供近于恒定的顶部张紧力,因此隔水管系统中存储大量能量。在隔水管底部总成与水下防喷器紧急脱离时,能量释放会产生反冲,若反冲得不到有效控制,会导致隔水管与平台碰撞或隔水管丢失等严重事故。为研究隔水管反冲的动态过程并验证反冲控制系统设计的合理性,对3658 m水深隔水管张紧系统搭建了仿真模型,针对紧急脱离工况进行模拟,设计了反冲控制算法。通过仿真得到张紧液缸运动曲线以及防反冲阀主阀的流量曲线。研究结果表明:在紧急脱离工况下,PLC以预编程模式控制防反冲阀主阀的节流速度,使系统在行程末端达到稳定状态;主阀开度控制曲线是隔水管反冲控制的主要影响因素,优化主阀开度曲线可优化反冲相应过程。研究结果对于深水钻井隔水管张紧系统的现场安全应用具有一定的指导作用。     

深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析

鉴于很少有人对钻井隔水管横向变形和弯矩进行研究的现状,通过对深水隔水管海洋环境载荷分析,获得了波动载荷分布规律,并分析了张力比与船体偏移量对隔水管横向变形和弯矩的影响。建立隔水管模型时忽略波浪的动载效应,按准静态方法处理波浪载荷的作用。分析结果表明,随着顶部张力比增大,隔水管横向变形减小,且最大横向变形处于隔水管的中间部位;近海平面区隔水管弯矩受张力比的影响小,在深水区随着张力比增大,隔水管弯矩减小,变化幅度较大;随着钻井船偏移量增加,隔水管横向变形增大;近海平面区隔水管弯矩受钻井船偏移量影响较小,深水区隔水管弯矩随偏移量的增加而增大。     

半潜式钻井平台隔水管破裂的预防

半潜式平台的钻井作业中,隔水管破裂对现场安全及施工作业危害极大。本文通过南海西部油田DF1-1-14高温高压井作业过程中隔水管破裂的案例,多方面分析隔水管破裂的原因,并提出了几点预防隔水管破裂的建议,为以后预防半潜式平台的隔水管破裂提供技术参考。