500m水深水下采油树安装方法对比分析

国内水下采油树常用的下放安装方法为钻杆安装法和钢丝绳安装法。针对水深500 m、质量70 t的水下采油树,利用海洋工程软件OrcaFlex分别建立了水下采油树钻杆下放和钢丝绳下放系统仿真模型,研究了水下采油树在下放安装过程中钻杆和钢丝绳的受力情况以及两种不同下放安装方法的水下采油树运动响应情况。研究结果表明:在受力方面,钻杆受到的Von Mises应力和弯矩都集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,而钢丝绳两端受力比较均匀;在运动响应方面,钻杆下放水下采油树的最大偏移量和最大倾斜角度都比钢丝绳大,并且波浪高度因素对钻杆下放安装法更为敏感。综合考虑经济性、安全性和可操作性等,对水深500 m、质量70 t的水下采油树采用钢丝绳下放安装法较为合理。研究结果对我国水下采油树的下放安装具有一定的参考价值。     

基于OrcaFlex的深水采油树下放安装过程仿真研究

深水采油树的安装受到水温、波浪和海流等环境因素的影响,不同环境下其安装过程中所产生的偏移量和受力等都不尽相同。为了采油树的安全下放及其精准安装,研究不同环境因素对钻杆偏移量和受力的影响显得非常必要。为此,采用OrcaFlex软件建立了1 500 m水深时采油树下放安装过程的数值模型,研究不同环境因素对安装钻杆的偏移和受力的影响。研究结果表明:波浪方向和来流方向对钻杆偏移量的大小影响很小;海水流速和浪高对于钻杆的偏移量则有着相对明显的影响,且是随着流速和浪高的增大而增大的;在钻杆受力方面,流速和流向对钻柱的受力影响很小,而浪高和波浪方向对钻柱受力则有较大影响,并且随着夹角和浪高的增大而增大。研究结果对采油树的下放安装具有一定的指导意义。     

基于OrcaFlex水下采油树钢丝绳下放作业窗口研究

水下采油树的下放安装作业环境载荷非常复杂,下放作业窗口是我国南海水下采油树下放过程中亟待解决的关键问题.针对东方1-1气田73 m水下采油树钢丝缆绳下放安装方法,分析了水下采油树下放作业过程.利用OrcaFlex建立了工程船-钢丝缆绳-水下采油树系统的耦合模型,研究了不同浪高、流速、波浪方向角等关键因素对水下采油树安装...     

基于流固耦合算法的采油树钻杆安装力学分析

根据水下采油树的钻杆安装流程,确定了安装工况的载荷和边界条件。建立了采油树钻杆安装的三维流固耦合力学模型,分析了浅水条件下钻杆安装采油树工况的应力分布和横向位移情况。计算结果表明,水下采油树在下放安装过程中,钻杆顶部位置会出现较大应力,同时钻杆底部发生严重横向偏移,海流力和采油树的重力对钻杆影响较大。下放过程中采油树的位置和角度偏移会为安装精度带来困难。通过钻杆力学分析可以预测采油树安装偏差,更好地指导实际工程中安装施工方案和ROV辅助对接作业。     

深海水下采油树下放安装过程分析与研究

通过对深海水下采油树下放安装工艺流程进行分析,确定了不同安装阶段的载荷情况和边界条件,建立了水下采油树下放安装过程下放钻杆的力学分析模型,对模型进行了有限元计算,分析不同边界条件和载荷作用下下放钻杆的应力、横向位移和变形情况。分析结果表明,深海水下采油树下放安装过程中,下放钻杆在波浪、海流和平台偏移的共同作用下,会产生较大应力,最大应力值达到166.064 MPa;水下采油树还未安装到位与水下井口连接的工况条件下,下放钻杆与平台连接处附近承受的最大总应力为137.841 MPa,下放钻杆下端横向位移最大可达59.64 m;水下采油树安装到位并与井口连接的工况条件下,水深40 m附近总应力达到最大为166.064 MPa。     

深水水下采油树下放作业窗口研究

深水水下采油树的下放安装作业环境载荷非常复杂,确保采油树的下放作业安全是亟待解决的问题。为此,分析了水下采油树下放作业过程,建立了下放管串力学模型,确定了采油树下放作业准则,建立了采油树下放作业窗口分析方法及流程,并研究了采油树质量、波浪周期、浪向角和水深对采油树下放作业窗口的影响。研究结果表明,在表面流速小于0.85 m/s、波高小于7.2 m的情况下,采油树可实现安全下放;采油树质量增大导致下放作业窗口变小,主要影响作业窗口的最大有效波高;波浪周期在9~11和15~29 s时下放作业窗口较大,不同浪向角下推荐平台艏向与波浪成45°;随着水深的增加采油树下放作业窗口逐渐变小,水深对窗口的最大有效波高影响较大,对最大表面流速影响很小。     

水下应急封井装置深海测试稳定性分析

介绍了国产水下应急封井装置主要部件组成,分析了应用半潜式钻井平台进行水下应急封井装置部署影响因素。对水下应急封井装置在甲板组装的稳定性,使用采油树叉车运移的稳定性及钻杆下入过程进行了分析和作业窗口模拟。结果表明:该套水下应急封井装置可以通过A平台在深水环境下进行布放,在A平台甲板组装及使用A平台采油树叉车运移过程中不会发生倾覆; 在浪高不高于3 m,流速不高于0.58 m/s的海况下,使用钻杆下放水下应急封井装置具有最优作业窗口。分析结果对水下应急封井装置在井喷应急情况下进行现场应用具有重要意义。     

水下采油树与永久导向基座对接过程的动力特性

永久导向基座(PGB)是保证水下采油树在海底与水下井口对接的重要基础结构,因对接过程中波流扰动复杂,给水下采油树的安装带来巨大挑战和安全隐患。建立了工程船-钢丝缆绳-水下采油树-永久导向基座的耦合系统受力分析模型,基于微元法和六自由度方程分别对钢丝缆绳和水下采油树进行了动态响应分析。同时,针对南海X油田实际海况建立了水下采油树与PGB对接过程的数值模型,对最为危险的第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段开展了不同海流对水下采油树安装姿态和PGB的受力影响分析,揭示了导向桩出现压顶或脱离现象的机理成因,探究了不同对接阶段船舶升沉与海流激励下水下采油树与永久导向基座对接过程的动态响应规律,并选取不同时期工况对PGB进行了强度校核。结果表明,在第Ⅰ阶段,采油树更易与PGB 1号导向桩产生压顶和脱离现象;在第Ⅱ阶段,采油树更易与PGB 4号导向桩产生压顶和脱离现象;两个阶段PGB的导向桩均满足强度要求,处于安全工况。研究结果已在中国南海油田采油树PGB导向安装中得到有效应用。     

基于Orcaflex的水下应急封井装置安全入水仿真

为确保3 000 m水深水下应急封井装置的安全入水,基于Orcaflex对3 000 m水深水下应急封井装置下放入水过程进行了模拟仿真。研究了不同因素对绞车缆绳最大受力和装置运动响应的影响,并将Orcaflex模拟结果与理论公式计算结果进行对比,得到如下结论:绞车缆绳最大受力(1 538. 5 kN)发生在水下应急封井装置在空气中的下放过程,而水下应急封井装置最大运动响应发生在入水前后;当波浪力垂直于船身方向时,绞车缆绳受力最大,水下应急封井装置运动响应最大,而其余波浪方向角对其影响较小,因此在进行水下应急封井装置下放入水操作时,最好让工程船的方位角沿着波浪方向角;绞车下放速度对绞车缆绳最大受力和水下应急封井装置运动响应影响较大,当下放速度为0. 3 m/s时,绞车缆绳最大受力为1 657. 4 kN,同时水下应急封井装置运动响应也增大,绞车缆绳属性对其影响较小;仿真结果比Chuang公式和Chen公式计算结果更接近理论公式计算结果。研究结果可对水下应急封井装置快速安全地安装和回收提供指导。     

超深水完井工况水下卧式采油树结构强度评估

水下采油树作为深水完井作业的关键设备,其可靠性对深水完井作业的顺利实施有很大影响。在建立隔水管-采油树-井口-导管系统有限元模型的基础上,分析了水下采油树局部受力模型,提出了完井工况下采油树结构强度评估方法和流程,识别强度弱点部位,同时分析了作业船偏移、水深和油管长度对水下采油树应力特性的影响规律。分析结果表明,水下采油树主要受力部位为采油树主体圆筒,进、出油管道受力较小,采油树最大等效应力出现在树体上部圆筒凹槽处;水深2 500 m、作业船偏移5%时采油树等效应力710.7 MPa,接近其材料屈服强度785.0MPa;弯矩方向对采油树受力影响较大,随着弯矩方向与采油树进、出油孔道轴线的夹角在0°~360°之间变化,采油树最大等效应力变化幅度达43%。     

深水钻井导管喷射过程中钻头与海底土的相互作用

为分析喷射下入导管过程中钻头与海底土相互作用情况,建立了导管下入过程中钻头的力学模型。根据射流理论和土力学的分析,得到了喷嘴射流力与土层临界破坏力的计算方法。研究结果表明,钻头与海底土相互作用力可分为直接作用力和射流作用力,只有当射流力较小时才有钻头直接作用地层的压力,排量是影响其作用力的主要因素。通过对现场实际案例计算,对比出施工过程中射流力与土层抗冲蚀力并得出了喷射下入过程中钻头距井底的高度。该研究成果能够结合具体海域的海底土特性,进行喷射过程中钻头及钻柱受力分析,为深水钻井喷射下入导管的钻井参数设计提供理论依据。     

深水导管喷射安装过程中管柱力学分析

根据深水导管喷射安装作业特点,建立了该过程中的管柱静力学模型,并应用加权残值法进行了求解,得出了在考虑环境载荷、钻柱结构及钻井船偏移等因素影响下的管柱变形和应力分布规律。研究结果表明,中深层海流对管柱变形影响最大,合理设计钻柱结构和控制钻井船偏移是保证深水导管垂直安装和钻柱抗拉强度安全的关键。深水管柱的弯曲正应力在钻柱的上下两端作用明显,进行钻柱强度设计时,必须考虑管柱横向变形引起的弯曲正应力,提出了相适应的钻柱结构优化方案。作业初期,钻井船向海流负方向适当偏移,有利于控制导管的入泥倾角;遇阻活动管串时,钻井船向海流正方向适当偏移,能够有效地降低钻柱危险截面上的最大拉应力。     

钻柱中的弹性波

钻柱在上提、下放的开始和终了悬点的应力要发生很大变化,其中以上提过程的终了时变化最大.悬点的应力变化产生速度波和应力波沿钻杆向下传递.本文在解有体积力作用下的一维波动方程的基础上计算钻柱截面的突发速度及泥浆压力的突发变化.从而说明井下发生的现象,说明钻柱的突发速度和井下发生的反压差对井下工具的破坏作用.由本文的分析可以看出钻柱不论是上提还是下放,缓慢停止是非常重要的.     

径向水平井钻杆截面的塑性变形及轴向受力分析

径向水平钻井技术是开发油田的一种新技术,钻杆在经过斜向器时曲率半径反复变化,钻杆处于应力-塑性应变状态.钻杆截面变形量大小及斜向器弯道阻力的大小对能否正常钻进至关重要.分析了钻杆截面的应力-应变关系,在假定钻杆为理想刚塑性材料的条件下,推导出了钻杆截面的长、短轴极限变形量及钻杆转弯时的阻力计算公式,分析了滑道摩擦系数、射流反力对阻力的影响,从三种条件下公式的计算结果与实验对比中可证明这些公式的正确性,对斜向器的设计和钻杆的选材以及确定实际钻进的工作参数具有指导意义.     

径向井钻杆转向阻力建模及实验分析

径向井钻杆的转向是承受内压曲杆反复弹塑性弯曲过程。由于系统的非保守性 ,其匀速钻进状态也不能应用静力平衡方程。将钻杆的运动态作为静止稳定状态的失稳 ,运用线性小位移理论 ,求解钻杆保持静止状态的条件 ,建立了钻杆发生运动的极限载荷、曲率突变点阻力等模型。根据径向井钻杆载荷的边界条件 ,提出了径向井钻杆转向过程中存在临界载荷系数的论断 ,求得了常用径向井转向器的临界载荷系数。计算结果与实验进行了对比分析 ,对径向井现场试验中表现出的钻杆遇阻现象给出了可信的解释。     

定向井全井段钻柱下放过程应力及接触力分析

钻柱在下放过程中,由于井眼轨迹的影响和井壁的约束,钻柱会产生弯曲应力、接触压力和摩擦力等初始应力。忽略钻柱轴线与井眼轴线重合这一前提假设,模拟了整个钻柱的下放全过程,得到了真实的钻柱初始状态,对钻柱下放过程中的应力及接触力进行了分析。在有限元处理中把整体模型假设为细长梁在管内沿管轴线的下放过程,将井壁考虑为刚体。模拟结果表明,从全井段应力变化来看,直径段由于重力作用呈线性减小趋势,而进入造斜段时则迅速增加,在接触处和截面突变处变化剧烈,进入稳斜段后,在靠近钻头附近趋于平稳,维持在较低水平。     

波流联合作用下海上输油漂浮软管动力响应分析

海上输油漂浮软管是浮筒和油轮的连接通道,其在波流联合作用下的动力响应直接影响漂浮软管管组的安全。以某海域现役漂浮软管管组为研究对象,利用OrcaFlex软件建立由首管、主管和尾管组成的漂浮软管管组有限元模型,同时考虑法兰力学特性,分析不同波浪及海流参数下管组上各点的最大轴向拉力、最大弯矩和最大曲率值的变化规律,研究各参数变化对漂浮软管动力响应的影响。结果表明:法兰部分对漂浮软管的弯矩和曲率的影响较大,不能忽视该部分的影响;波浪入射角度的变化对漂浮软管最大轴向拉力、最大弯矩和最大曲率影响较大,当波浪入射角度为90°或270°附近时,漂浮软管的轴向拉力、弯矩和曲率达到最大值;有效波高和海流流速变化对整个管组上的最大轴向力、最大弯矩和最大曲率值有较大影响,但波浪周期对其影响较小。本文研究结果可为漂浮软管结构设计和管组布局方案设计提供参考。