深水钻井隔水管涡激振动特性的数值模拟研究

深水钻井隔水管作为深水油气开发的关键部件必然面临涡激振动及其疲劳损坏这一重大安全问题,正受到广泛关注。基于精细流场模拟并耦合结构动力响应的流固耦合方法是准确分析隔水管涡激振动特性的必然趋势。文中总结了"十一五"期间和正在进行的"十二五"课题在数值模拟方面的部分研究成果,针对简化的和实际尺寸的隔水管所涉及的涡激振动问题,提出高精度流固耦合分析技术,建立了隔水管涡激振动分析可靠的物理模型、数学模型和数值模拟方法。通过对比实验验证了模型的可靠性。基于简化和实际情况下(海况、结构、尺寸等)钻井隔水管涡激振动进行了大量的数值模拟研究,给出了高雷诺数下具有实际海况的几种典型洋流条件,如剪切流、亚临界和临界流条件下实际尺寸隔水管的涡激振动特性,以及顶部张力控制隔水管涡激振动的效果。     

南海深水钻井井涌余量主控因素分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,对井涌余量的预测精度提出了更高的要求。井涌余量受井涌强度、套管鞋承压能力、侵入流体性质等多种因素影响,其应满足在最危险工况下能进行安全压井的要求。针对南海深水井进行计算分析,得到不同因素对井涌余量的影响规律,提出深水钻井井涌余量分析应注意的问题,为深水钻井设计和现场作业提供了参考依据。研究结果表明,深水钻井中,需充分考虑不同因素对井涌余量的影响,尤其是窄密度窗口下,其计算精度将影响井身结构和套管下深。     

串-串补偿松耦合全桥谐振变换器

对串.串补偿的松耦合谐振变换器进行了研究.在忽略谐波的条件下,根据正弦等效原理,推导出输入电压和输出电压的关系式,利用归一化的分析方法并借助Matlab仿真软件,计算得出工作频率、负载和耦合系数对输出电压的关系曲线.推导并计算出系统发生频率分叉现象时次级品质因数的临界值,得出重载时该变换器会发生频率分叉现象,并给出在某种情况下补偿电容和工作频率的合理选择.最后,基于实验样机进行了实验验证.     

深水钻井隔水管浮力块配置方法研究

给出了合理配置隔水管浮力块的基本原则和主要流程;以深水钻井隔水管硬悬挂模式为例,对隔水管的轴向运动性能进行了分析,确定了悬挂状态下隔水管的动态张力,在此基础上给出了确定合理浮力系数的方法,并通过实例进行了计算与分析.本文提出的浮力块配置方法及相关研究结论可供工程应用参考.     

全井钻柱系统多体动力学模型

采用绝对节点坐标法建立了三维井眼全井钻柱系统多体动力学模型,将大长细比全井钻柱离散为绝对节点坐标梁单元,讨论了梁单元格式,并研究了井口、钻头处边界以及钻柱与井壁的接触/摩擦模型,给出了包含绝对节点坐标梁单元的钻柱系统运动方程。采用向后差分法求解微分-代数方程组,全面计算分析了全井钻柱系统的受力变形、摩阻扭矩、耦合振动、涡动、动力屈曲等力学特性,可在钻柱动力学研究和工程应用中发挥作用。     

深水救援井井眼轨道设计探讨

国内深水救援井井眼轨道设计既无标准可供参考，也无实际设计经验可供借鉴，为此，从救援井实施限定条件着手，制定了深水救援井井口位置选择图版和连通点（目标点）位置选择原则，对“J”形、平行接近连通形、直接连通形以及穿越（pass-by）形等4种救援井常用井眼轨道进行了对比分析，认为穿越（pass-by）形轨道在扩大探测范围和提高定位精度方面有很大的优势，因而将其作为深水救援井井眼轨道的首先，并将其划分为接近、测距定位、追踪跟随和连通4个阶段，研究了各阶段的切入角、井间距等关键设计要素，确定救援井井眼轨道最大井斜角小于60°，狗腿度不超过3°/30m，形成了深水救援井井眼轨道设计基本方法，并利用该方法对中国海油海外区块一口深水救援井的井眼轨道进行了设计。研究结果表明，研究形成的深水救援井井眼轨道设计基本方法可为国内深水救援井井眼轨道设计提供指导。      

深水井测试安全控制技术

防止深水油气井测试事故发生的关键之一,就是必须进行安全评估与控制,提高测试工艺水平。我国南海深水海域有其特殊的区域环境特点:油田离岸距离远、夏季台风频繁、冬季季风不断、存在沙坡、沙脊和内波流等,而且油气藏特性复杂,给深水井测试带来更多的挑战。结合南海深水井测试实践,对深水井测试的主要潜在风险进行了分析,认为存在测试管柱及工具失效、地面流程失效、天然气水合物堵塞、储层出砂、台风影响等风险。针对这些风险提出了具体的防范措施。     

一种深水合成基钻井流体流变稳定剂的研发

在深水钻探作业中,由于海底温度较低,海底静液柱压力较大,浅层欠压实,深水表层孔隙压力和破裂压力的窗口较窄,常导致井漏和循环当量密度(ECD)不易控制。为解决上述问题,国外研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM)。通过对国内外CR-SBM性能的调研,研制了钻井液流变稳定剂,并确立了恒流变合成基钻井液的基本配方。利用深水钻井用低温高压可视化装置测试了体系在真实低温高压状态的流变性,构建的合成基体系具有低温恒流变特性。     

旋转导向工具驱动总成控制器设计

根据目前所研制的旋转导向工具驱动总成的矢量位移控制和多机通讯的要求,结合当今测控技术领域的发展趋势,提出了基于Modbus通讯协议的旋转导向工具驱动控制器的设计方案。该控制器采用ARM7核心架构的微控制芯片,能够在井下高温高压工况下,实现数据通讯、电机PID调速和矢量位移闭环控制的功能。实验室测试表明,设计的驱动总成控制器通讯稳定,运行正常,能够满足旋转导向工具导向控制的要求。     

深水钻井送入管柱卡瓦挤毁载荷模型研究

针对深水钻井中容易发生卡瓦挤毁送入管柱的问题,详细分析了管柱-卡瓦之间相互作用的机理,利用厚壁圆筒理论等相关力学理论建立了计算卡瓦挤毁载荷的新模型,并进行了模型验证和实例计算,结果表明本文建立的新模型可作为深水钻井送入管柱设计校核的依据,所计算出的送入管柱的作业窗口可以为现场应急事故处理提供指导,从而保障深水钻井作业的安全。