浮力块对隔水管固有频率的影响研究

为了避免钻井隔水管在深海环境中出现涡激振动现象,利用ANSYS软件,针对带浮力块和不带浮力块的隔水管系统进行了模态分析。定量研究了浮力块密度、长度及不同布置位置对隔水管固有频率的影响。研究结果表明,布置浮力块后隔水管的各阶固有频率都会相应增大;当隔水管布置浮力块的长度与起始位置相同时,随着浮力块密度的增大,隔水管的各阶固有频率值相应减小;当布置浮力块的密度与长度相同,且布置浮力块的位置靠近隔水管的下端时,隔水管的各阶固有频率越小;当布置浮力块的密度与起始布置位置相同时,隔水管的各阶固有频率会随着布置浮力块长度的增大而增大。得到的结论对涡激响应的研究具有重大意义。     

深水钻井隔水管脱开模式下纵向动态行为研究

钻井隔水管在一些特殊情况下会与水下井口紧急脱开,其纵向固有频率很有可能落入波浪的能量窗口而发生纵向共振,造成隔水管损坏,甚至有可能对平台造成损伤。将隔水管视为均质等截面弹性细直杆,建立了隔水管纵向振动波动方程。把隔水管的纵向振动视为自由振动,根据边界条件,利用数值方法,求出了隔水管纵向自由振动的固有频率。考虑动态放大系数计算了隔水管的动态载荷。计算结果表明,隔水管的自身重量影响其纵向振动的固有频率和动态载荷,并根据此提出了避免隔水管与波浪发生共振,减少其动态载荷的方法。      

深水钻井隔水管力学性能分析

隔水管是深水钻井的关键设备,国内外对其开展了大量的理论研究以及有限元分析,但主要是针对顶张力和钻井液密度等因素的力学分析以及固有频率分析,未考虑浪流多种情况下的耦合作用。鉴于此,利用有限元软件建立隔水管系统模型,得到隔水管的弯矩分布以及这些结果随波流参数、浮式平台运动的变化特征。研究结果表明:在不同的波流以及平台运动下,隔水管的力学特征呈规律变化,波浪对隔水管飞溅区部分弯矩影响较大;海流流速较小时,海流对隔水管影响不大,海流流速增大,隔水管飞溅区响应增大,海流剖面形式对隔水管影响不大;平台运动则影响隔水管的整体动力响应。研究结果对于保障海上钻井作业安全具有一定的参考价值。     

浮力块对深水钻井隔水管主要性能的影响

采用ABAQUS软件对带浮力块的深水钻井隔水管的静态性能进行了分析,定量分析了浮力块直径和长度对隔水管的弯曲应力、横向变形、底部柔性接头转角和等效应力的影响;采用Shear7软件对裸隔水管、浮力块交错分布隔水管和全浮力块隔水管的涡激振动性能进行了分析,定量分析了不同浮力块分布方案下隔水管的固有频率、均方根位移、均方根应力响应以及疲劳损伤。通过增加浮力块的直径和长度增加隔水管的浮力,有助于改善隔水管的各种静态性能,降低对顶张力的要求,但是在下部安装浮力块对隔水管的悬挂、安装及回收不利,因此需要综合考虑。全浮力块分布方案会造成隔水管水动力外径增大,外部流体对隔水管的输入能量会大幅度提高,从而导致隔水管疲劳损伤进一步增加;浮力块交错分布方案可降低隔水管的疲劳损伤,但位移响应偏大;综合考虑推荐采取浮力块交错布置方案。     

基于不同有限元计算软件的深水隔水管的模态分析及验证

在深海石油钻采作业工程实践过程中,深水隔水管的疲劳破坏是其失效的主要原因之一。在深水钻井隔水管系统设计过程中考虑隔水管共振的因素将有效避免疲劳失效后果的发生。结合实际海况,通过有限元方法针对深水隔水管进行模态分析,得出了作用在隔水管上的各载荷对隔水管固有频率和振型的影响,表明了湿模态在深水隔水管振动分析中的必要性和重要性;并通过不同有限元分析软件ANSYS和ABAQUS进行了计算结果的交叉验证;最后基于计算分析结果给出了降低隔水管疲劳破坏的建议。     

深水钻井隔水管漂浮减重技术

为了降低深水钻井作业成本的压力,钻井平台有向着小型化发展的趋势,为适应这种趋势,有必要对钻井隔水管自身重力进行控制。分析了隔水管的主要结构组成部分,提出了隔水管结构重力减小的几种技术,包括采用新型轻质材料的隔水管、超静定集成结构隔水管和变刚度结构隔水管,通过减小隔水管的自身重力,可以增加隔水管的极限作业水深,改善隔水管的动态性能,使其固有频率避开共振区,从而延长其疲劳寿命。     

海上深水钻井隔水管振动特性研究

针对海上深水钻井隔水管特点和实际钻井作业中的具体情况,建立了深水钻井隔水管受力模型,并通过能量法求解得到了较为精确的隔水管挠曲变形方程;在此基础上,采用结构力学研究和分析方法,得到了深水钻井隔水管固有频率的简便计算方法和表达式.本文所提出的海上深水钻井隔水管振动特性分析方法简便易行,对指导室内设计和现场作业有重要意义.     

基于Floquet理论的深水隔水管参激振动稳定性分析

隔水管在工作过程中会受到浮体施加的升沉作用力,该作用力会使得轴向力发生周期性变化,引起参激振动,因此研究隔水管参激振动对避免隔水管发生参激共振具有指导意义。考虑钻井液对隔水管的作用力,通过微元法建立了隔水管横向振动控制方程。假定轴向力周期性变化,利用主坐标分析法得到隔水管Mathieu方程,基于Floquet理论对隔水管进行参激振动稳定性分析,得到了系统参激稳定图。结果显示,主不稳定区发生在隔水管固有频率二分之一附近。进一步研究阻尼对系统参激不稳定区的影响,发现阻尼使得隔水管参激稳定区域增加,并且随着阻尼增大,稳定区域增大。该研究对隔水管设计过程中避免参激共振具有一定参考意义。     

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。     

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。      

深水钻井增压管线开启判别及参数优化研究

深水钻井过程中钻井液从套管环空返至隔水管段时,由于隔水管段环空尺寸突然增大,钻井液流速降低,携岩效率下降,从而导致钻井事故的产生,而深水区域目的层压力窗口非常小,难以通过增大海上平台钻井泵排量的方法来提高隔水管段携岩效率.鉴于此,基于井筒流动与传热理论,考虑钻井液流变性随温度变化特性,提出了深水钻井增压管线开启判别方法...     

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。      

内外流体流动下隔水管横向振动模型的探讨

随着水深的增加,隔水管受力状态更加复杂,增加了强度和稳定性的分析难度。考虑了隔水管受到内外流体流动及轴力共同作用,并运用达朗贝尔原理对微元管段进行受力分析,导出隔水管的横向振动偏微分方程。分析了影响隔水管横向振动的因素,所得到的结论可为钻井隔水管的正确设计和使用提供参考。     

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。     

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。     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

海洋深水钻井力学与控制技术若干研究进展

深水钻井是深水条件下海洋油气工程关键环节之一。与近海浅水钻井不同，深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件，面临"下海、入地"的双重挑战，需要使用浮式钻井作业平台，采用特殊的深水管具系统（包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、套管柱等）、水下智能控制系统等，建立安全稳定的水下井口与钻井系统，具有高科技、高投入及高风险等基本特征。深水钻井管具是实施深水钻井工程不可或缺的基本工具，深水钻井管具系统在服役过程中受到海洋深水环境载荷和作业载荷的作用，表现出复杂的力学行为。通过主要介绍深水送入管柱、深水导管、深水钻井隔水管及深水水下井口等方面的研究进展，对深水钻井管具力学研究与工程实践具有参考价值。     

深水海洋石油钻井装备发展现状

为加快我国深海油气开发的步伐,有必要深入调研和跟踪国外深水油气勘探的动态和成功经验,了解国外深水海洋石油钻井装备的结构特点、现状和技术水平。对国外深水半潜式平台和钻井船的特点、现状及发展趋势,深水平台钻机和隔水管系统的发展现状和技术水平,以及深水钻井防喷器系统的工作特点及应用情况做了介绍,对我国深水钻井领域的发展具有指导作用。     

南海深水钻井隔水管设计与作业技术

深水钻井隔水管设计与作业技术是深水钻井最重要的考虑内容之一。为此,针对我国南海深水油气钻井作业的迫切需要,考虑了平台与装备的实际条件,开展了深水钻井隔水管设计与作业技术研究,具体包括隔水管系统配置、排列设计和张紧力、钻井作业窗口、下放/回收作业窗口和悬挂作业窗口等。结果认为,排列设计就要确定隔水管具体的下放列表供现场司钻使用,而张紧力的确定既要满足API规范关于最小张紧力的要求,同时也应更适合于现场作业。算例所用基础数据依托南海某深水钻井平台,依据某井位具体的水深和环境条件,最后给出了隔水管设计与作业技术的具体应用情况,设计方案与作业参数已在南海深水钻井实践中得到成功应用。相关结论可为深水钻井隔水管设计与作业提供参考。