国外深水钻井隔水管发展现状及主管性能分析

阐述了国外海洋钻井隔水管的发展状况,并对海洋钻井隔水管的关键技术进行了分析。结合我国深水隔水管的发展现状,对国外某X80钢级准533.4 mm×25.4 mm深水钻井隔水管主管进行外观几何尺寸、力学性能及显微组织试验。结果表明,该深水钻井隔水管主管壁厚和椭圆度等外观几何尺寸精度控制严格,管体及焊接接头的拉伸性能和冲击韧性良好且稳定,具有优异的低温断裂韧性,钢管综合性能优异。     

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。     

钻井隔水管接头技术现状与发展建议

钻井隔水管接头是海洋钻井隔水管系统的关键部件之一,具有连接隔水管串、固定辅助管线、隔离管内外高压钻井液和海水等多种用途。从钻井隔水管接头的结构特点和使用性能上,介绍了国外钻井隔水管接头的主要技术现状,并从MR—6HSE型隔水管接头、CLIP隔水管接头及采用轻质合金材料的隔水管接头几个方面阐述了国外近几年在钻井隔水管接头方面的技术进步。最后对国内隔水管接头技术发展提出了一些建议,指出国内在隔水管接头的研究中应加强技术合作,跟踪国际先进技术,同时还要依托重大工程项目,实现自主创新。     

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。      

国外深水钻井隔水管系统产品技术现状与进展

针对海洋钻井装备的重要单元——海洋钻井隔水管系统,其技术与产品一直被国外专业公司所垄断,而国内相关报道较少的现状,介绍了深水钻井隔水管系统的组成及各部件功能,以及国外钻井隔水管主要供应商如Cameron公司、Vetco Gray公司、法国石油研究院IFP和Dril-Quip公司等的产品技术特点和部件主要功能。由于接头是隔水管单根之间的重要连接,快速接头是减少非钻井时间的重要技术,特别介绍了深水钻井隔水管的接头技术,主要包括Cameron公司的LoadKing和RF螺栓法兰接头,Vetco Gray公司的MR—6E和HMF接头,Dril-Quip公司的FRC和QMFC接头,以及IFP的Breech-blocktype接头等7种隔水管接头。可为我国开发具有自主知识产权的深水钻井隔水管系统提供借鉴。     

全尺寸深水钻井隔水管单根耦合分析

为研究不同工况下隔水管单根各部件的受力状况,采用有限元软件ABAQUS建立全尺寸隔水管单根耦合分析模型,模型充分考虑单根各部件的相互关系。提取整体分析结果作为单根局部分析的边界条件,进行作业工况下隔水管柱单根耦合分析,并进行额定载荷工况下单根的极限承载分析。分析结果表明,正常作业工况下,单根最大等效应力发生在主管上,主管应力和变形均较大,而辅助管线和隔水管夹的应力与变形则可忽略;极限工况条件下,隔水管单根仍满足强度要求,但此时主管最大等效应力已接近其许用应力,所以选配隔水管单根时应尽量保证隔水管承受的工作载荷小于其接头的额定载荷。作业工况和极限工况下,主管几乎承担隔水管单根所承受的所有载荷。     

卡簧式钻井隔水管快速接头力学性能研究

为减少海上钻井作业事故的发生,开展了钻井隔水管快速接头力学性能研究。基于ANSYS建立了卡簧式快速接头抗弯强度计算模型,研究了SR30型快速接头卡簧端面角度、接头有效搭接长度及材质与接头结构极限抗弯承载力的关系。结果表明,卡簧式钻井隔水管快速接头的卡簧左端面对整个接头承载力影响要大于右端面;随着接头有效搭接长度增大,接头极限抗弯承载力明显提高;材质屈服强度越高,极限抗弯承载力越高。计算结果为钻井隔水管快速接头的合理设计提供了理论依据。     

考虑附属管的钻井隔水管绕流场流动特征分析

钻井隔水管在海流、波浪等水动力作用下可发生侧向偏移、弯曲变形、波激和涡激振动,给钻井隔水管系统带来风险。采用k-ω湍流模型,对带附属管的实际尺寸钻井隔水管绕流场进行了CFD数值模拟分析,研究了来流攻角对隔水管主管流体力和尾流场流动特征的影响。结果表明,附属管对隔水管主管流动控制效果显著,考虑6根附属管的影响后隔水管裸单根所受水动力显著减小;除来流攻角为270°外,附属管都能减小主管上的平均阻力系数;所有来流攻角下主管的均方根升力系数幅值均有显著降低。分析认为,隔水管流体力减小的原因是主管与附属管外的剪切层相互影响,抑制了主管上的漩涡泄放;但不同来流攻角下管外涡街特性和漩涡泄放规律不同,流体力减小的机理也有差异。本文研究结果可为隔水管的附属管优化设计和布置提供参考。     

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。     

浮力块对深水钻井隔水管安装过程性能的影响

建立了带浮力块深水钻井隔水管安装过程力学分析模型,采用ABAQUS有限元软件对带浮力块的深水钻井隔水管在安装过程中的静态力学性能进行分析,研究了浮力块配置方案、浮力系数、浮力块长度和浮力块外径对隔水管横向变形及应力的影响。研究结果表明,深水钻井隔水管安装过程中危险截面始终位于隔水管与浮式钻井设备连接处;浮力块与隔水管裸单根宜采取交错布置的方案;隔水管安装过程中产生的横向变形与危险截面处的应力均随浮力系数、浮力块长度与浮力块外径的增大而增大;超过一定水深后隔水管Mises等效应力随水深增加呈线性减小。     

海洋钻井隔水管环焊焊接工艺的研究

为了提高海洋钻井隔水管环焊焊接质量和效率,以4130调质钢隔水管为研究对象,制作了焊接试样,制定了环焊焊接工艺规范,并进行了焊接工艺试验,最后对焊接试样进行了力学性能和无损检测。通过检测发现,采用该焊接规范所焊4130调质钢隔水管焊接接头的力学性能达到了相关标准的要求,宏观腐蚀观察结果合格,MT和UT探伤也未发现超标缺陷。结果表明制定的焊接规范合理可行。     

高尺寸精度深水钻井隔水管用直缝埋弧焊管性能研究

为了适应恶劣深海服役工况和复杂作业因素对深水钻井隔水管力学性能及外观尺寸精度的严格要求,研制了X80钢级Φ533.4 mm×25.4 mm深水钻井隔水管用直缝埋弧焊管,并按照相关标准要求对试制钢管的力学性能和外观几何尺寸进行了检测。检测结果表明,试制钢管不但具有高强度、强低温韧性及低硬度等特点,而且钢管的直径、椭圆度、壁厚、直线度等外观几何尺寸也得到严格控制,钢管的力学性能和尺寸精度均达到研制目标要求。     

基于多自由度系统的深水钻井隔水管紧急解脱反冲响应

深水钻井隔水管紧急解脱后的反冲响应是隔水管系统设计分析的重要内容之一。基于多自由度质量—弹簧—阻尼系统,建立了深水钻井隔水管紧急解脱后反冲响应分析的力学模型和控制方程,采用子空间迭代法求解了系统振动的固有频率和主振型,获得了隔水管底部组合（LMRP）紧急解脱后的振动响应曲线,并讨论了张紧器活塞运动振幅及运动频率、解脱初相角、水深和隔水管壁厚对LMRP振动响应时程曲线的影响。结果表明：随着作业水深和张紧器运动幅值的增加,LMRP与水下防喷器发生碰撞的可能性增大;解脱初相角对隔水管反冲响应具有较大影响;顶部张紧器活塞存在某一运动频率最不利于深水钻井隔水管的紧急解脱;壁厚对隔水管反冲特性的影响不大。     

基于多自由度系统的深水钻井隔水管紧急解脱反冲响应

深水钻井隔水管紧急解脱后的反冲响应是隔水管系统设计分析的重要内容之一。基于多自由度质量—弹簧—阻尼系统,建立了深水钻井隔水管紧急解脱后反冲响应分析的力学模型和控制方程,采用子空间迭代法求解了系统振动的固有频率和主振型,获得了隔水管底部组合（LMRP）紧急解脱后的振动响应曲线,并讨论了张紧器活塞运动振幅及运动频率、解脱初相角、水深和隔水管壁厚对LMRP振动响应时程曲线的影响。结果表明：随着作业水深和张紧器运动幅值的增加,LMRP与水下防喷器发生碰撞的可能性增大;解脱初相角对隔水管反冲响应具有较大影响;顶部张紧器活塞存在某一运动频率最不利于深水钻井隔水管的紧急解脱;壁厚对隔水管反冲特性的影响不大。     

方矩管管壁增厚的原因分析

检测发现,在圆变方矩管成型工艺中,管壁均有不同程度増厚现象,并且具有6个特点。指出形成壁厚增量的根本原因是:管坯在孔形变型力作用下,周向长度被压短,形成金属流动而转移到管坯断面上,表现为管壁增厚,内腔变小。同时,提出了控制壁厚增量的思路和方法,并已生产了若干批壁厚增量为0的方矩管。     

海洋钻井隔水管-钻井液横向耦合振动特性

针对钻井隔水管与钻井液在上返流动状态下的震动问题,推导了横向耦合振动的微分方程,通过方程求解得出了耦合振动的动力响应表达式及耦合振动下隔水管最大振动位移,并讨论了顶张力、隔水管壁厚、钻井液上返流速、水深、波高、波浪周期对隔水管横向振动位移的影响。结果表明:考虑钻井液流动条件下得到的隔水管横向最大振动位移要大于不考虑钻井液流动时计算结果;最大横向振动位移随顶张力及水深的增大而减小,随环空钻井液返速及波高的增大而增大,当隔水管壁厚及波浪周期变化引起隔水管横向振动固有频率与波浪横向振动频率相接近时,隔水管的横向振动位移将急剧增大,对隔水管的安全设计与评估具有一定的参考价值。     

合成氨装置一段炉上升管的局部更换

针对合成氨装置一段炉上升管出现的裂纹，采用了现场局部更换裂纹部位管段的方法，为避免异种钢焊接和加工坡口时产生裂纹，设计了合理的切割方案，经过焊接试验，成功了解决了老化炉管和新炉管焊接的工艺难题。     

S135钢级Φ139.7 mm钻杆管体断裂失效分析

为保证钻井安全生产,采用力学性能试验、金相显微组织分析、断口宏观和微观分析等方法,并结合现场钻机工况,对某Φ139.7 mm×10.54 mm、S135钢级钻杆管体断裂失效原因进行了分析。分析结果表明,钻杆管体各项参数符合标准要求,钻杆管体断裂属于过载断裂,主要原因是钻杆所受载荷超过钻杆管体本身抗拉能力所致。为了避免同类失效事故的发生,提出采用1 138 MPa钢级钻杆和增加管体壁厚的方案,来增加钻杆的抗拉、抗扭能力,实现钻井现场安全生产的目的。