深水钻井防喷器系统关键设备技术研究

深水钻井防喷器系统在保障海上油气作业安全,保护海洋环境和人身安全中起着关键作用。目前,国内深水钻井防喷器系统研制正在起步阶段,为了能提高国产深水钻井防喷器系统关键设备技术水平,在介绍深水钻井防喷器系统中关键设备的国内外技术现状基础上,重点对典型深水防喷器系统中深水BOP组和控制单元的关键设备进行了研究。分析了深水防喷器系统中其关键设备的主要特征,并对其组成和功能进行了说明。结合国内实际情况,提出了深水钻井防喷器系统研究建议。     

深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析

采用水上防喷器(SBOP)系统进行深水钻井可以大大降低作业成本,但在SBOP系统的应用中还有许多问题需要探讨.建立了深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析模型并进行了分析,结果表明:采用水上防喷器系统,导管下入深度可以比常规隔水管系统浅,且导管直径越大水下井口的稳定性越好;大尺寸隔水管会导致水下井口产生较大的横向偏移和弯矩;随着水深的增加,水下井口的横向偏移和弯矩值逐渐增大;水下井口的横向偏移和弯矩值随着钻井平台漂移量的增大而线性增加,并且随着隔水管顶张力的提高而逐渐增大.     

深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级探讨

为了解决深水半潜式平台防喷器控制系统存在系统落后、操作时间长、应急能力不足、冗余度低等问题,此文从深水半潜式钻井平台防喷器地面控制和水下控制系统分析,对比超深水半潜式钻井平台防喷器控制系统特点,结合实际现场作业经验和需求,探讨将目前深水半潜式钻井平台防喷器地面与水下控制系统进行适当的改造与升级方法,以实现较小的投入,达到快速升级防喷器控制系统和稳定安全地操作水下防喷器的目的,提出了改进升级的方法,旨在为今后我国深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级工作提供参考。     

深水钻井防喷器温度场数值模拟研究

深水防喷器所处环境为低温高压,如有气侵出现,容易在防喷器位置生成天然气水合物,阻塞防喷器,产生井口安全隐患。为此,结合深水钻井工况,建立了深水钻井条件下闸板防喷器与环形防喷器的三维空间模型,并利用Fluent软件进行了温度场数值模拟,得到了防喷器不同位置的温度场分布。在此基础上,结合天然气水合物生成条件分析了防喷器的温度场分布,以及加热管对防喷器温度场的影响规律,并优选了加热管的布置位置。结果表明,在模拟环境条件下,闸板防喷器横向位置依靠防喷器通径内壁加热即可满足天然气水合物预防要求,在纵向侧面1/4处布置加热管效果较好;管线数量对环形防喷器温度场的影响很大,为满足温度高于天然气水合物形成温度的要求,可以将优化加热管数量与保温措施结合起来进行。      

深水防喷器系统FMECA分析

为确定深水防喷器系统中影响可靠性较大的关键单元设备及故障模式,采用FMECA方法对系统进行了分析。定义了系统基本情况、边界条件、故障模式和判断依据等FMECA分析的基本要素。分析结果表明,对深水防喷器系统可靠性危害性较大的单元设备为闸板防喷器、控制箱、液压连接器;危害性较大的故障模式有闸板封井不严、节流压井管线外漏、黄箱与蓝箱中有1个所有功能同时不能激活、黄箱或蓝箱中有1箱有1个功能不能激活、黄箱与蓝箱同时有1个功能不能激活。对深水防喷器系统设计、应用及日常维护提出了改进建议。     

“海洋石油981”超深水钻井装置防喷器系统可靠性分析

超深水钻井环境和技术工艺复杂,对钻井作业安全提出了极高的挑战,而超深水钻井装置防喷器系统是确保钻井和井控作业安全的核心设备。利用冗余方法从防喷器系统配置和测试2个方面对"海洋石油981"超深水钻井装置防喷器系统进行了可靠性分析,结果表明:除了全井段使用88.900 mm钻杆作业和剪切钻杆的工况外,防喷器及其控制系统是一个多重冗余配置系统,系统的可靠性是足够的。在此基础上,提出了进一步提升"海洋石油981"平台防喷器系统可靠性的配置方案建议。     

FZ18—35试修防喷器的数值分析

为了对FZ18—35试修防喷器的应用状态进行全面的分析,并验证设计的合理性,采用有限元素法进行应力分析。     

钻井旋转防喷器冷却系统改进

钻井旋转防喷器是空气钻井技术的随钻旋转防喷设备,装置工作时,轴承腔内润滑油压力是随着环空压力增加动态增加的,此状态下,轴承和密封件在旋转高压高温下工作,轴承组及密封件产生大量热量威胁密封件的可靠性。原冷却机构不能有效带出内部生热,造成上油封处密封损坏严重。通过室内研究,改进后的冷却机构增加了冷却介质与钻井旋转防喷器发热部位的接触面积,解决在非常规润滑密封时,旋转、高温的工况下装置的 密封问题,从而保障钻井旋转防喷器的可靠运转。     

深水防喷器控制系统换向阀可靠性试验研究

研究深水防喷器控制系统换向阀的可靠性对海洋钻井安全具有十分重要的意义。通常,一个阀件的失效可能会导致系统故障,带来无法估量的损失。参照相关标准制订了可靠性试验方案、故障判定和统计原则,对随机抽取的12台换向阀进行了模拟真实工作环境的试验。对换向阀失效模式及寿命次数进行了统计分析,得出了换向阀可以达到预期平均无故障工作时间的结论。为深水防喷器控制系统的国产化和工程应用奠定基础。     

深水水下防喷器控制系统蓄能器能力分析

根据蓄能器系统的工作环境和工作状态,将水下防喷器控制系统蓄能器分为地面蓄能器、水下蓄能器和应急蓄能器等3类,分析了水深对不同蓄能器系统主要参数的影响。提高蓄能器的承压能力,可以减小控制系统的预压力,从而减少地面蓄能器的个数,节省平台空间。不同蓄能器系统主要技术参数随水深的变化趋势差异较大,在蓄能器系统控制能力设计与校核时须特别注意。     

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。      

特大型钻井单闸板防喷器的研制

为满足用户的要求,在成功开发各型闸板防喷器系列产品的基础上,又成功地开发了我国首台特大型钻井单闸板防喷器。该防喷器采用APISpec6A法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。现场使用情况表明,它能满足钻井作业需要。按APISpec53推荐标准,每使用14d试压1次,共试压3次,均合格。在倒换井口之后进行常规检查,各部件均正常、完好,其经济效益是非常可观的。     

用于浮船钻井的海面防喷器

《油气周刊》(Oil&Gas)2004年5月3日报道,壳牌石油公司在巴西海域水深2888m的水域使用Stena Tay号动力定位钻井船和海面防喷器钻成一口5182m的深井,φ340.0mm套管作为隔水管。 迄今为止,浮船石油钻井几乎都是把防喷器组装在海底。所谓海面防喷器(Surface BOP)即是把防喷器组     

深水防喷器控制系统试验样机研制

针对深水防喷器组控制系统体积庞大,直接进行整机海试,存在风险高、成本高的问题。通过简化系统结构,保留核心功能,建立缩尺寸试验样机。利用深水高压舱对试验样机进行模拟深水环境试验及可靠性试验,试验结果验证了深水防喷器组控制系统结构的合理性。掌握了关键部件设计加工技术以及相关试验数据,为国内首台电液多路深水防喷器组控制系统的研制奠定基础。     

钻井防喷器人工智能液控装置

针对传统气控型防喷器液控装置的不足,开发了钻井防喷器人工智能液控装置。这种液控装置主要由远程控制台、HMI操作面板、PLC可编程控制板、触摸屏、推拉式电磁铁和转阀等组成。由于采用了先进的PLC和触摸屏,以及高可靠性的PROFIBUS总线通讯,装置可方便地实现多处遥控操作,能即时同步显示远程控制台转阀的位置,使司钻台和远程控制台的显示动作达到一致。在国外油田和国内华北油田的现场应用结果表明,人工智能液控装置具有操作智能化、反应速度快、电动机启停准确可靠等特点,在陆地和海洋油田的应用前景广阔。     

深水钻井防喷器选配关键因素分析

深水钻井防喷器组是保证海洋深水钻井安全的最关键设备。介绍了深水钻井防喷器组的基本配置方法,分析了防喷器组配置的关键因素,重点研究了闸板数量和类型、防喷器高度和压力等级、节流压井管线、蓄能器能力与辅助控制系统等。最后指出,应确保所有剪切闸板具有剪切特定钻杆及套管的能力,测试闸板和管子闸板不可混用,万能防喷器可考虑只采用1个;应确保ROV动作满足规范规定的响应时间要求,不推荐声纳辅助控制系统,应对新增辅助控制系统进行风险分析,以确保设计能兼容并能实现相应的功能;合适的防喷器配置有助于保证深水钻井安全,应该针对具体情况,制定统一的深水防喷器闸板和辅助控制系统配置标准规范。     

油田闸板防喷器弹塑性应力计算及评定

闸板防喷器是油田开采中的重要井控设备,是井口安全控制的重要保障.防喷器内部结构复杂,需要详细地对承压结构进行强度分析和计算,以保证设备安全运行,并为结构优化提供重要依据.基于JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》和有限元方法,采用应力分类法和极限载荷法对闸板防喷器壳体进行强度分析,应用子模型技术提取结...     

钻井防喷器人工智能液控装置的研制

随着石油工业的不断发展,在钻井过程中对智能井控设备要求更高。根据目前市场需求,开发了一种人工智能防喷器液控装置。该系统采用了先进的PLC和触摸屏和高可靠性的ROFIBUS总线的通讯,性能稳定可靠,具有良好的应用前景和良好的经济效益和社会效益。     

双闸板防喷器主壳体的有限元强度分析

为便于分析，简化了双闸板防喷器的结构。在额定工作压力和静液压试验压力2种情况下，采用ANSYS分析软件对双闸板防喷器承压主壳体进行了有限元分析计算，证明有高应力区。按照ASME应力分析法分析其应力类剐及应力组合，表明该设计是安全的。