海洋隔水管灌注阀技术分析研究

隔水管灌注阀是海洋隔水管系统配套的关键设备之一,是隔水管系统的安全保障设备。首先介绍了隔水管灌注阀的功能,并在此基础上重点介绍了Cameron公司的灌注阀以及Hydrill公司的外置式灌注阀和弹性元件式灌注阀的结构特点,同时给出了灌注阀配置的计算方法。最后分析了隔水管灌注阀国产化研究面临的技术难点,并提出了隔水管灌注阀国产化建议:充分调研国内外现状,采用多种设计手段联合攻关;大力扶持基础行业,降低海洋产品国产化研发的难度;设立目标平台,为隔水管灌注阀工业性试验提供技术支撑。     

国外海洋钻井隔水管与国产化研究建议

在对海洋钻井隔水管系统配置及主要功能作简要介绍之后,分析了国外海洋钻井隔水管的发展历史及技术现状,重点讨论了国外生产的5种常用钻井隔水管的结构和性能特点,包括HMF型和LoadKing型法兰式隔水管、MR-6HSE连接式隔水管、MR-6E快速连接式隔水管和CLIP卡箍型连接式隔水管,最后提出海洋钻井隔水管国产化研究建议。     

深水钻井隔水管张紧系统反冲控制仿真研究

隔水管张紧系统能够克服浮式平台/船升沉运动对隔水管的影响,为隔水管提供近于恒定的顶部张紧力,因此隔水管系统中存储大量能量。在隔水管底部总成与水下防喷器紧急脱离时,能量释放会产生反冲,若反冲得不到有效控制,会导致隔水管与平台碰撞或隔水管丢失等严重事故。为研究隔水管反冲的动态过程并验证反冲控制系统设计的合理性,对3658 m水深隔水管张紧系统搭建了仿真模型,针对紧急脱离工况进行模拟,设计了反冲控制算法。通过仿真得到张紧液缸运动曲线以及防反冲阀主阀的流量曲线。研究结果表明:在紧急脱离工况下,PLC以预编程模式控制防反冲阀主阀的节流速度,使系统在行程末端达到稳定状态;主阀开度控制曲线是隔水管反冲控制的主要影响因素,优化主阀开度曲线可优化反冲相应过程。研究结果对于深水钻井隔水管张紧系统的现场安全应用具有一定的指导作用。     

深水隔水管与钻柱耦合作用力学模型

建立了深水隔水管与内部钻柱耦合作用下的横向振动力学分析模型,该模型耦合了钻柱与隔水管间相互作用的侧向接触力及摩擦力,可以更加准确地描述海洋隔水管的受力与变形状态,为海洋隔水管安全使用,以及隔水管设计制造提供了理论分析方法。     

海洋钻井隔水管疲劳试验设计及评价标准

焊缝疲劳开裂是钻井隔水管常见的失效形式。海洋钻井隔水管全尺寸疲劳试验是评价和验证其疲劳性能的唯一方式,国内在这方面的研究还比较少。对海洋钻井隔水管疲劳试验方法、疲劳设计和评价标准、S-N曲线选取、试件设计、试验样本数的选取进行了研究,为钻井隔水管的疲劳性能试验研究及评价提供参考。提出了提高海洋钻井隔水管疲劳寿命的方法。     

海洋钻井隔水管适用性评价技术研究

根据海洋钻井隔水管自身特点,采用基于断裂力学的单根适用性评价方法,考虑隔水管疲劳载荷特点和海浪的随机载荷影响,通过分析和控制缺陷扩展可以避免疲劳失效,并进行剩余疲劳寿命预测。计算实例表明,波浪载荷是造成海洋钻井隔水管疲劳损伤的重要原因,海洋钻井隔水管的初始裂纹尺寸a0越小,其疲劳寿命越长,反之,则寿命越短。因此,提高裂纹检测水平,以及尽早发现细小缺陷对延长钻井隔水管的剩余寿命至关重要。     

海洋隔水管用X80钢级高强度直缝埋弧焊管的开发

针对海洋隔水管的力学性能和外观技术指标,设计了海洋隔水管JCOE制管工艺流程,开发出了X80钢级Φ533.4 mm×15.9 mm海洋隔水管用直缝埋弧焊管,并对海洋隔水管进行了检测。检测结果显示,研制的X80钢级Φ533.4 mm×15.9 mm深海隔水管力学性能指标和外观几何尺寸满足标准和客户的要求。分析表明,设计的工艺流程合理,并已掌握了深海隔水管的关键制造技术,已具备海洋隔水管用直缝埋弧焊管产品批量化生产能力。     

海洋深水钻井隔水管材料性能标准研究

随着国内海洋深水油气田的开发,高钢级高强度钻井隔水管需求量逐渐增大。目前在深水领域所使用的这类管材基本上全部依赖进口,急需进行国产化研究。通过大量调研与隔水管相关的国内外标准后,发现在现有的国内外标准中,没有明确针对钻井隔水管材料性能的标准。为研究制定深水钻井隔水管材料性能标准,重点以508mm以上规格的X80钢级隔水管为研究对象,分析现有国内外相关标准,并结合材料试验,制定了X80钢级隔水管材料性能指标。钻井隔水管材料性能标准的制定,统一了隔水管材料的性能指标,弥补了各类标准不统一的不足,同时对推动我国海洋深水钻井隔水管国产化进程提供了技术支撑。     

中国深水钻井隔水管监测技术研究进展

深水钻井隔水管监测是海洋油气钻探开发的重要环节,是降低失效风险、预防事故发生、确保安全服役的重要手段。围绕中国深水钻井隔水管监测技术的发展,详细介绍了深水钻井隔水管监测技术目前已取得的进展及现场应用情况,对比分析了中国自主研制的深水钻井隔水管监测系统与国外2H海洋工程公司、康斯伯格公司监测系统关键性能指标,并探讨了中国隔水管完整性监测未来的发展方向,旨在促进形成拥有自主知识产权的海洋管线监测技术持续发展,以期为中国深水油气钻探开发的安全进行提供技术保障。     

深水钻井隔水管反冲控制系统建模与仿真

海洋深水钻井作业过程中,由于动力定位失效造成钻井船无法保持其有效位置时,须断开隔水管与井口的连接,此时,隔水管会发生反冲,若反冲得不到有效控制,易发生钻井事故。为此,针对液压缸直接作用式隔水管张力器反冲控制系统,提出一种基于模糊PID控制器调节反冲阀开度,达到控制隔水管垂直位移的控制方法,并对控制算法进行设计。基于Matlab构建反冲控制系统的精确仿真模型,进行一系列的仿真研究分析。分析结果表明,闭环控制可以达到较好的控制效果,系统的稳定性增强,PID控制和模糊PID控制都能发挥较好的控制作用,有效地控制了隔水管的反冲速度,经过综合比较可知,模糊PID控制降低了隔水管起升位移的峰值,减少了液压系统的压力冲击,提高了系统控制性能。研究结果可为深水钻井隔水管的安全应用提供参考。     

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。     

海洋钻井隔水管系统配套技术研究

分析研究了海洋钻井隔水管技术的发展现状、钻井隔水管系统组成及其单元部件功能和结构特点,并从3个方面分析了海洋钻井隔水管的发展趋势。     

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。     

考虑钻柱作用的深海隔水管柱力学分析

隔水管作为海洋石油钻井的重要设备,其安全使用直接关系到整个钻井作业的顺利完成,甚至关系到钻井平台的安全。目前关于隔水管的研究主要集中在海洋环境载荷及钻井平台漂移影响下的隔水管柱力学分析,对于隔水管内部钻柱这一影响因素研究较少,这给计算结果带来了较大误差。考虑起钻过程中钻柱侧向力、轴向摩阻对隔水管横向位移、弯矩的影响,建立了深水钻井时隔水管柱力学模型,用数值差分法进行求解。研究结果表明:考虑钻柱影响下隔水管横向变形影响幅度增加7.9%。靠近水面的位置,隔水管所受弯曲载荷最大。该模型为海洋隔水管设计、安全使用、以及深水钻井井口安全等提供理论分析方法。     

海洋深水钻井隔水管力学特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备，随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。利用隔水管的静态挠曲四阶微分方程，应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析，考虑了顶张力和浮力块对隔水管受力状态的影响，编制了相应的应用计算软件。所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点，能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导，具有较好的应用价值。     

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，深水隔水管强度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的特点，引入了非线性理论，使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷，即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况，重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明，而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响，在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中，应特别考虑暗流的存在及其对隔水管强度的影响。     

海洋钻井隔水管浮力块配置方法

浮力块是钻井隔水管系统的重要部件,能改善钻井隔水管的性能。但是如何配置浮力块,对隔水管张力器的张力、钻井隔水管在海洋深水条件下的应用等都有很大影响。目前国内外对于钻井隔水管浮力块配置方法的研究较少,因此,进一步研究其配置方法很有必要。首先,介绍了目前国内外海洋钻井隔水管浮力块配置的基本经验;然后,以我国南海某海域500 m水深为例,采用ABAQUS有限元软件,讨论了海洋钻井隔水管浮力块的配置方法,拟定了5种浮力块配置方案,并对其进行了详细的计算分析。结果表明:拟定的方案2和方案3为较优方案;与波浪力相比,海流力对隔水管动力学响应特性的影响更大;浮力块安装位置不同,对隔水管横向变形、等效应力、弯矩和底部柔性接头转角等力学响应的影响很大。建议:在适当位置配置厚壁隔水管以降低其局部等效应力;浮力块的安装位置应避开海流流速最大位置;研制钻井隔水管分析系统软件,实现多个有限元软件的联合调用,以提高分析效率和准确性。      

海洋钻井隔水管单根制造技术研究

针对国内在隔水管制造技术方面的研究成果,结合隔水管单根实际生产制造的过程,分析了国内在隔水管单根的制造过程中所需要的关键技术。通过对隔水管单根制造过程的探索与研究,以隔水管单根的组成和相关技术参数为起点,从隔水管的材料选择、管体制造、接头技术、焊接技术、加工与装配、防腐处理和试验验证7个方面对隔水管目前的制造技术进行了分析研究。研究结果表明:我国已经掌握了隔水管单根的制造技术,此项技术国产化的实现将对我国海洋石油装备的国产化发展具有推动作用。     

充液钻井隔水管的非线性动力特性分析

近年来,海洋油气勘探开发已从浅海走向深海,甚至超深海。随着水深的增加,隔水管受力状态更加复杂,对隔水管的强度和稳定性的要求也更高。研究影响隔水管固有频率变化的各种因素,并数值计算了张力比、管长、浮力块对隔水管固有频率的影响,通过分析提出避免发生锁频共振途径,所得的结果可对深水钻井隔水管的正确设计和使用提供参考。     

国内外X80深水钻井隔水管主管性能对比

随着我国海洋油气勘探向着深水领域发展,钻井隔水管的国产化研制显得越来越重要。通过对我国自主研制的X80级533.4 mm×25.4 mm规格的海洋钻井隔水管主管和国外制造的同等规格的隔水管主管在板材成分、组织、拉伸性能、冲击性能、CTOD断裂韧性及几何尺寸控制等方面的试验检测对比,结果表明我国已经初步掌握了X80深水钻井隔水管主管的制造技术,但在焊接质量稳定性、几何尺寸精度控制方面尚需进一步改进。