海上钻井隔水导管导向孔位置优化研究

随着水深的增加,强风浪流会对钻井隔水导管的稳定性产生巨大的影响,因此需要设置和安装导向孔及扶正块以减少隔水导管承受的疲劳应力和涡激应力,延长隔水导管的使用寿命。文中在考虑隔水导管结构自重及其他所有外界载荷的作用的情况下,建立了安装导向孔情况下的海上钻井隔水导管力学分析模型。利用ANSYS软件对工程实例进行了优化分析,分析结果表明,文中所提出的隔水导管及导向孔计算模型具备广泛的适用性,能够为实际工程施工和管理提供可靠的理论保证,并带来较好的经济效益。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素，隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性，而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验，缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型，分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素，结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素，而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著；随着隔水导管入泥深度增大，其横向位移逐渐减小，而应力则先增大后减小，其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点；地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

海上延长测试过程钻井隔水导管力学特性

延长测试作业已成为海上油田获取产能参数、准确评价油气藏的重要手段。由于延长测试作业周期长且会遭遇恶劣海况,隔水导管稳定性是保证作业安全的关键因素。针对恶劣海况下隔水导管稳定性问题,从延长测试井井身结构特点入手,分析了延长测试过程中隔水导管受力特点,建立了隔水导管力学模型,得到在极限载荷条件下最大等效应力出现在水面附件,此位置的隔水导管是延长测试作业管柱危险点。结合东海海况条件和该井地质条件,设计了延长测试井隔水导管几何参数,利用有限元模拟软件ANSYS建立了延长测试过程隔水导管力学模型,并对模型施加环境载荷及约束,计算了导管力学特性,与现场测量值进行对比验证了所建立模型的可靠性。     

风浪流作用下隔水导管强度及安全性计算

隔水导管的强度及安全性对于海上钻完井作业安全至关重要。将隔水导管下部入泥端简化为固支,上部约束简化为铰支,对隔水导管的轴向载荷和横向载荷进行了分析,研究了风、浪、流作用对隔水导管强度及安全性的影响。以渤海渤中34油田为例,对30年一遇海洋环境条件下该油田隔水导管的强度及安全性进行了计算与分析,其结果对于该地区海上工程设计和钻完井作业具有一定的指导意义。     

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。     

隔水导管腐蚀分析及维护补救措施探讨

南海东部海域油气田经过多年的开发，在复杂海洋环境与应力腐蚀等多因素作用下，部分平台的隔水导管出现严重腐蚀损坏的情况。为了进一步提高隔水导管服役年限，达到维护井筒完整性屏障、保障油田安全生产作业的目的，在阐明南海东部隔水导管腐蚀现状和腐蚀因素的基础上，分别针对新隔水导管延寿、在役隔水导管维护、后期隔水导管损坏补救这三个阶段，研究提出了隔水导管全生命周期中相应的维护补救措施方案及其各自的技术优势和应用环境，为隔水导管的维护补救提供实施依据。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

有杆采油导管架平台的安全性

基于结构极限工作状态和累积损伤理论,建立导管架平台增加载荷的安全评价标准。针对导管架式固定平台,建立海洋环境-有杆采油联合作用下的海洋平台力学模型。以LD某导管架平台为例,选用五十年一遇极值海洋环境载荷,基于安全准则得到目标平台加载阈值。按有杆采油的设计额定载荷,载荷加载后该平台的安全因数与加载前相比降低不超过3%,由此可见相似结构的导管架平台具有足够的结构强度承受有杆举升工艺所产生的附加载荷。     

海上隔水套管力学分析

国外文献对海上隔水套管的静态分析由于没有考虑波浪载荷对隔水管的作用而存在计算误差,国内对海上隔水套管的力学分析一般采用有限元软件进行模拟,缺乏与实际情况的参照对比。鉴于此,以一根断裂的海上隔水套管为例,对其进行力学分析。分析结果表明,隔水套管所受最大应力在泥线上端附近,在此处易发生塑性变形;底层海流速度越大,隔水套管节点位移最大值越大,井口应力也越大;平台升沉值越大,隔水套管所受最大应力也越大,升沉对隔水套管弯曲变形时最大偏移位移影响较小;海流载荷、波载荷和浪载荷对隔水套管所受最大应力有较明显的影响,对隔水套管弯曲变形时最大偏移位移影响较大。     

渤海隔水导管整体拆除技术

随着部分海上油田陆续进入老龄化,海洋油气设施弃置需求逐年增加。为解决海洋油水井弃置过程中隔水导管拆除时间长、价格高昂以及安全风险高的难题,提出并论证了采用浮吊整体拆除隔水导管技术的可行性。该技术合理安排拆除上部组块或拆除导管架的浮吊与驳船资源拆除隔水导管,能够利用相对价格低廉的浮吊,短时间内完成隔水导管的拆除,而不是长时间占用昂贵的钻井平台,该技术模拟分析论证,该技术在渤海区域海洋环境条件下可行。通过在渤海某8口井弃置项目中成功应用,大幅缩短了工期并提高了安全性,取得了良好的经济效益,具有广泛的推广前景。     

基于相似模型的导管架平台波浪载荷数值模拟

为确保海洋平台在海浪环境下的安全生产,研究波浪载荷的数值模拟方法及波流耦合作用下平台结构的静动力响应。以导管架平台相似模型为例,应用有限元法,根据5阶Stokes波浪理论,对平台在波浪载荷作用下的静动力响应进行了数值建模和仿真分析。结果表明:在波浪载荷作用下,平台结构产生类周期往复运动,周期与波浪周期基本一致;平台不同位置的响应值不同,从泥线至平台顶端,响应值逐渐增大;平台甲板结构变形明显,最大应力出现在桩腿底部位置。为实际工程应用和安全诊断提供参考。     

轴向载荷对海洋深水钻井隔水管力学特性的影响分析

文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下,隔水管及底部球接头静态分析的三维有限元力学模型,考虑了隔水管在外载作用下的小应变、大变形和轴向力影响等特点,引入了非线性理论,其计算结果更加符合实际情况。海洋深水钻井隔水管的轴向载荷对其力学特性有显著的影响,因此．在实际钻井作业过程中,隔水管顶部应保持足够的张力,避免隔水管处于受压状态。     

隔水导管螺纹接头连接性能研究

基于非线性有限元分析方法,以隔水导管螺纹接头为研究对象,对承载工况下不同标准齿形螺纹接头的抗拉能力进行分析,并采用改变螺纹锥度和改变螺纹螺距的方法对螺纹进行了优化。算例表明:隔水导管螺纹接头在拉伸载荷作用下,各螺纹牙应力分布不均匀,每个螺纹牙根部应力最大,且第1个螺纹牙根部存在严重的应力集中现象。通过改变螺纹的锥度和螺距,能够使隔水导管螺纹接头应力分布更加均匀,提高隔水导管螺纹接头的连接质量。     

随机波浪载荷作用下ETMD减振系统对导管架平台振动控制的仿真研究

以在役WZ12-1平台为原型建立导管架平台的有限元模型,将沿导管架桩腿分布的载荷转化为等效节点力进行加载,将桩基的作用用弹簧-阻尼单元模拟,忽略导管架附连水质量的影响进行有限元分析。通过构造ETMD减振系统,设置合适的系统参数,分析了随机波浪载荷作用下有、无ETMD减振系统时导管架平台的振动情况。结果表明,ETMD减振系统能够有效控制随机波浪载荷作用下导管架平台的振动。     

海洋导管架在复杂载荷作用下的动态响应

研究了海洋导管架自由振动及复杂载荷作用下的动力学行为。利用ANSYS软件建立海洋导管架平台三维模型,针对海洋导管架的结构及栽荷特点,将导管架结构离散成空间梁和板有限元单元结构,采用结构模态分析和瞬态完全法,编程计算了平台结构在波浪载荷及冰载荷作用下的动力相应,给出了其自振频率和谐响应,绘制了海洋导管架不同部位的变形随载荷参数变化的特性曲线。结果表明,由于海洋导管架所处工作环境特殊,对其进行静动态校核,甚至疲劳分析是非常必要的。     

基于ABAQUS/AQUA的深水导管架平台动力分析研究

运用ABAQUS/AQUA中的波流耦合算法模拟分析了较大水深海洋导管架平台在随机波浪作用下的应力变化及振动响应过程,包括海流载荷引起的拖拽力作用和附连水质量惯性力影响。通过大量数值模拟计算,得出了一些有规律性的曲线,为随机波作用下深水导管架动力响应分析提供借鉴。     

渤海油田探井隔水导管整体力学特性分析

在海洋探井钻井过程中,隔水导管的强度及稳定性对于安全钻完井作业具有重要意义。文中介绍了渤海油田常规的探井井口结构,研究了海风、海浪、海流及海冰作用对钻井隔水导管强度及稳定性的影响,建立了探井钻井隔水导管的受力分析模型。应用通用有限元软件ANSYS建立了钻井隔水导管有限元计算模型,并且对钻井隔水导管及组合管柱结构进行了强度和稳定性校核。以渤海油田某探井为例。对25a-遇海洋环境条件下钻井隔水导管的强度及稳定性进行了计算与分析,研究成果能够为该地区今后的探井钻井作业提供科学依据和技术指导,从而保证海上钻完井施工作业的安全。     

基于腽气QUS／AQUA的深水导管架平台动力分析研究

运用ABAQUS／AQUA中的波流耦合算法模拟分析了较大水深海洋导管架平台在随机波浪作用下的应力变化及振动响应过程，包括海流载荷引起的拖拽力作用和附连水质量惯性力影响。通过大量数值模拟计算，得出了一些有规律性的曲线，为随机波作用下深水导管架动力响应分析提供借鉴。     

北部湾盆地大尺寸隔水导管开窗再利用技术

北部湾地区部分隔水导管桩管鞋发生变形,报废井槽在常规钻井工艺下无法利用。从隔水导管、桩土承载力、窗口强度等方面论证了隔水导管开窗可行性,分析隔水导管不同开窗点深度对桩土承载力的影响,建立隔水导管开窗口有限元分析力学模型,计算开窗后隔水导管轴向抗压、抗弯强度,分析了隔水导管不同开窗点深度、桩管偏斜对井口临界载荷的影响规律。结果表明,隔水导管开窗口处允许的轴向力随弯矩的增大呈线性关系降低,开窗处强度是决定井口允许载荷的主要因素;开窗点越靠近泥线,井口允许载荷越小;桩管下部偏斜将增加开窗口处的弯矩,降低井口允许载荷;当开窗点深度超过泥线20 m后,开窗点深度、桩管偏斜对井口允许载荷影响较小。在南海西部首次实现大尺寸隔水导管开窗侧钻工艺,有效利用报废井槽,对后续报废槽口再利用具有借鉴意义。     

北部湾盆地大尺寸隔水导管开窗再利用技术研究与应用

北部湾地区部分隔水导管桩管鞋发生变形,报废井槽在常规钻井工艺下无法利用。从隔水导管、桩土承载力、窗口强度等方面论证了隔水导管开窗可行性,分析隔水导管不同开窗点深度对桩土承载力的影响,建立隔水导管开窗口有限元分析力学模型,计算开窗后隔水导管轴向抗压、抗弯强度,分析了隔水导管不同开窗点深度、桩管偏斜对井口临界载荷的影响规律。结果表明,隔水导管开窗口处允许的轴向力随弯矩的增大呈线性关系降低,开窗处强度是决定井口允许载荷的主要因素;开窗点越靠近泥线,井口允许载荷越小;桩管下部偏斜将增加开窗口处的弯矩,降低井口允许载荷;当开窗点深度超过泥线 ２０ｍ后,开窗点深度、桩管偏斜对井口允许载荷影响较小。在南海西部首次实现大尺寸隔水导管开窗侧钻工艺,有效利用报废井槽,对后续报废槽口再利用具有借鉴意义。