深水钻井动力定位平台允许漂移范围分析

目前深水钻井动力定位平台允许漂移范围计算需委托国外专业公司分析,且计算过程保密、结果考虑不全面,在分析了南海深水钻井动力定位平台作业风险和平台漂移警戒区划分的基础上,基于深水钻井平台隔水管系统挠性接头和伸缩节物理极限、平台应急解脱程序和作业经验分析,建立了深水钻井动力定位平台允许漂移范围实用计算方法,该方法可对平台极限解脱、红圈、黄圈和绿圈允许漂移范围进行全面的计算,已在国内外多个深水钻井平台数十口深水井得到了成功应用,保证了深水钻井动力定位平台的作业安全。     

紧急解脱隔水管回弹响应分析北大核心CSCD

钻井隔水管紧急解脱回弹响应问题是影响深水浮式钻井平台钻井作业安全的重要问题。综合考虑钻井液下泄力、张拉力等因素影响,利用ANSYS/AQWA建立了紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型,并以1 500 m水深钻井作业紧急解脱隔水管为例进行了隔水管回弹响应分析。分析结果表明:隔水管解脱后伸缩节响应滞后时间与应力波传播时间一致,且不同张拉力条件下由隔水管重量控制的伸缩节稳定位置相同,证明了本文所建紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型的正确性;钻井液密度越大,钻井液下泄力越大,隔水管解脱后底部隔水管总成(LMRP)触底的可能性越大;张拉力对LMRP回弹位移和伸缩节的许用冲程影响较大,张拉力越大,LMRP回弹位移和伸缩节位移越大。本文研究成果可为深水钻井隔水管紧急解脱作业安全提供参考。     

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。     

紧急解脱隔水管回弹响应分析

钻井隔水管紧急解脱回弹响应问题是影响深水浮式钻井平台钻井作业安全的重要问题。综合考虑钻井液下泄力、张拉力等因素影响,利用ANSYS/AQWA建立了紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型,并以1500m水深钻井作业紧急解脱隔水管为例进行了隔水管回弹响应分析。分析结果表明:隔水管解脱后伸缩节响应滞后时间与应力波传播时间一致,且不同张拉力条件下由隔水管重量控制的伸缩节稳定位置相同,证明了本文所建紧急解脱隔水管回弹耦合计算模型的正确性;钻井液密度越大,钻井液下泄力越大,隔水管解脱后底部隔水管总成(LMRP)触底的可能性越大;张拉力对LMRP回弹位移和伸缩节的许用冲程影响较大,张拉力越大,LMRP回弹位移和伸缩节位移越大。本文研究成果可为深水钻井隔水管紧急解脱作业安全提供参考。     

深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限

建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移动力学模型,提出了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限分析方法,并进行了实例分析。分别建立了深水钻井隔水管-井口-导管耦合系统分析模型及平台漂移动力学分析模型,开发了深水钻井平台漂移动力学求解器。结合实例开展了深水钻井平台-隔水管耦合动力学特性及耦合作用规律分析,阐述了漂移预警界限分析方法。结果表明:平台漂移初始阶段隔水管载荷对平台漂移起促进作用,随着平台漂移位移的增大隔水管逐渐开始抑制平台漂移;平台漂移运动过程中隔水管系统顶部参数响应较快,底部参数响应具有明显的迟滞效应;随着海流流速的增大或水深的减小,深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限减小,应尽早准备和启动隔水管系统底部脱离。     

钻井船漂移状态下隔水管-井口系统安全分析

常规钻井平台位置警戒圈根据隔水管的静态分析方法确定,无法考虑风、浪、流等载荷作用下平台的运动轨迹,也不能确定平台达到极限位置的时间,存在一定的局限性。为此,建立了基于钻井平台-隔水管-水下井口系统的动态耦合方法,采用FLEXCOM软件建立了钻井平台漂移分析的有限元模型,得出平台动态漂移轨迹与漂移情况下隔水管-井口系统的载荷状态,并结合平台应急解脱作业的响应时间,提出了钻井船允许的漂移时间和漂移距离的计算方法。分析结果表明:漂移分析模型综合考虑了风、浪、流等载荷的影响,能够动态预测平台动力定位失效情况下钻井船的漂移轨迹;在隔水管-井口系统的选型设计时,要针对具体井开展漂移分析计算,根据计算结果评估漂移时间和距离是否满足平台响应的时间要求,根据分析确定限制因素,针对性地采取强化措施。所得结论对于保证深水钻井隔水管系统和水下井口系统的完整性具有重要意义。     

深水钻井装置浅水区动力定位方式风险研究

当今世界上先进的深水钻完井装置具有锚泊及动力定位2种方式作业能力,业内推荐做法为水深小于1 500 m都可以使用锚泊方式定位,对于动力定位方式在浅水区的适应性和风险则缺少分析。通过对动力定位方式的原理及其漂移限制进行论述,包括了浅水定位的理论限制以及规避风险的措施,提出如何设定观察圈范围及浅水作业使用动力定位方式时应考虑因素、作业风险及应对措施,除了环境及深水钻井装置应急解脱时间影响因素外,还将考虑隔水管系统极限、水下井口和结构套管强度、通讯系统、定位传感器系统等影响因素,应对措施包括井口设备选择、隔水管系统分析、人员交流培训和使用者和承包商协议等,对浅水区使用定位方式作业有一定的指导意义。     

海洋动力定位钻井平台失控漂移的安全应急处置对策

动力定位钻井平台虽已逐步广泛应用于深水和超深水油气资源的勘探开发,但由于其面临着非常复杂的环境工况和各种复杂因素的挑战,ＤＰ定位系统可能出现失控漂移的应急状况。一旦发生ＤＰ定位失控漂移,对平台的安全生产作业将造成严重的威胁,倘若处理不当或处理不及时,将可能导致巨大的财产损失甚至还会出现海洋环境污染事故。针对ＤＰ定位出现失控漂移的工况采取有效的安全应急解脱方法来减少和避免直接损失,这是目前采用的主要控制手段。为此,主要从ＤＰ定位钻井平台各种失控漂移工况并结合现场安全应急实践经验来研究ＤＰ定位钻井平台发生失控漂移时的应急处置对策,对现场管理者和操作者进行正确而有效的应急处置将可以最大限度的减少各种损失甚至可以避免巨大的直接损失。     

南海超深水井钻井隔水管悬挂模式的环境适应性分析

每年7月至11月为南海海域台风高发期,频繁的台风严重影响了深水钻井作业效率和安全。对于超深水(水深大于1 500 m)钻井,在台风到达井位之前完成井口处理和隔水管回收,时间是一个严峻的挑战,因此一旦遭遇台风,撤离钻井平台须考虑悬挂隔水管的备用方案。以南海某超深水井(水深2 460 m)为例,分析了钻井隔水管硬悬挂和软悬挂模式下影响隔水管安全的主要因素,探讨了各个因素对波浪和海流的适应能力与敏感性。研究结果表明,多数条件下软悬挂隔水管模式对波浪和海流的适应能力更强,硬悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于应力和挠性接头转角,软悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于挠性接头转角和伸缩节冲程。上述认识可对深水钻井隔水管系统安装和应急悬挂条件下的作业安全提供参考。     

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。     

深水防喷器组应急解脱系统模拟分析

应急解脱系统是深水水下防喷器组控制系统的重要组成部分,关系到深水钻井的安全。以南海某深水钻井平台的深水防喷器组应急解脱系统为例,利用其设备参数及现场反馈的数据作为输入参数,针对应急解脱不同工况下的操作要求,模拟计算了防喷器组进行作业时的动作时间、压力变化以及水下蓄能器组的压力和容积变化等。模拟分析方法及过程对于今后水下防喷器组性能评估具有重要的参考价值。     

动力定位钻井平台漂移警戒红圈半径现场计算与运用

本文着重介绍动力定位钻井平台漂移警戒红圈半径的意义,并推导出其预测公式,进而通过现场应用进行说明其重要性,从而为以后钻井作业中动力定位钻井平台漂移应急操作提供借鉴。     

半潜式钻井平台内波工况定位能力

采用MOSES软件建立动力定位半潜式钻井平台分析模型,在时域内模拟平台在钻井作业过程中遭遇内波作用的耦合动力特性,分析平台在不同流速内波作用下的定位能力,并对动力定位系统的关键因素进行敏感性分析。研究结果显示：在同等环境载荷强度下,平台在船宽方向出现最大偏移;当内波流速小于1.0 m/s时,平台可基本满足钻井作业的定位要求,而当内波流速达2.0 m/s时,平台出现大幅值的水平偏移和倾角,需要解脱隔水管系统;提升推进器推力和增加推力敏感因子都有助于提升平台的抗内波能力,但都无法明显减小平台的水平偏移。因此,在遭遇高流速内波作用时,推荐平台撤离或调整船体首向。     

台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

南海台风活动频繁,严重影响着锚泊定位半潜式钻井平台的作业安全。采用水动力学计算软件 ANSYS-AQWA,基于三维势流理论和莫里森方程,建立了平台-锚泊系统耦合动力分析模型,开展了台风作用下的平台漂移分析和锚泊系统安全性评估。分析结果表明:当锚泊系统完整时,平台的平均漂移量与最大漂移量均超出API规定的许用值,需停止钻井作业并准备解脱,但锚链不会发生断裂。如果锚泊系统中安全系数最小的锚链发生断裂,平台的漂移量明显增大,锚泊系统最小安全系数明显减小,局部情况下锚链易相继断裂并造成连锁反应。研究表明,提出的相关方法和得出的结论可为极端天气下锚泊定位浮式装置的安全评估提供参考。      

超深水钻井隔水管设计影响因素

超深水钻井隔水管设计的影响因素主要为环境因素与作业因素,前者主要包括水深、波浪、海流,后者主要包括钻井液密度,脱离后隔水管系统悬挂模式、浮力块分布、涡激抑制设备等.系统总结了超深水钻井隔水管设计影响因素.研究了各因素影响隔水管设计的机理.定性或定量分析了各因素对隔水管设计的影响.研究表明,水深和海流是隔水管设计最显著的影响因素,水深增加导致隔水管材料、结构,配置产生重大变化,海流导致隔水管产生涡激疲劳,并增加隔水管下放与收回的难度.悬挂模式影响隔水管系统的浮力系数和浮力块分布,涡激抑制设备造成隔水管作业困难,钻井液密度影响隔水管的有效张力和底部球铰转角进而影响隔水管系统的稳定性.相关结论可为超深水钻井隔水管设计、配置、作业、管理提供参考.     

一种适用于动力定位装置的新型深水测试管柱

对于动力定位的深水作业平台,在海上始终处于动态稳定过程,而一旦定位失效,隔水管则需解脱,以便平台能够自由漂移。隔水管的解脱要求其内部的作业管柱也能解脱,由此对深水测试管柱提出了要求,相对于常规测试或浅水测试,深水测试管柱最大的不同点是使用了快速响应的深水水下树。正是由于深水水下树的使用,以及深水的自身特点,深水测试管柱在功能要求、安全要求、可靠性要求等方面都有所提升,独具特色。     

深水无隔水管钻井MRL选型及参数优化

无隔水管钻井液举升钻井是解决深水表层钻井难题的有效方案,钻井液举升管线作为该系统中海底钻井液返回平台的唯一通道,其选型和设计影响到整个系统的正常运行。在对钻井液返回管线(MRL)压耗分析的基础上,通过分析不同MRL规格对钻井液流速、压耗等性能的影响,得出适合于不同水深的MRL内径的解决方案;同时对不同水深作业情况下返回管线的选型进行研究,提出较浅水优先选用柔性管线,深水和超深水情况下选用钢制管线的选型原则。该研究对深水无隔水管钻井液举升钻井系统的研究具有一定的指导意义。     

深水钻井水下井口力学稳定性分析

深水钻井时水下井口承受的复杂作用力可能导致其稳定性存在问题。根据深水钻井水下井口系统整体受力分析，建立了井口力学稳定性分析方法，该方法综合考虑了海洋环境载荷、钻井船或平台漂移、隔水管力学性能、套管柱与地层之间的非线性响应等因素的影响，可以实现井口力学性能分析。算例分析表明，水下井口的横向偏移及弯矩随张力比和海流流速的增加而大幅增大，顶张力过大会引起井口稳定性变差；随着钻井船或平台漂移量的增加，井口的横向偏移和弯矩近似线性增加，控制好钻井船或平台的漂移非常重要；由于井口承受弯矩的能力有限，较大海流流速情况下可能造成井口失稳；提高导管抗弯强度、控制泥线处管柱冲刷、获取浅部地层的取样数据等措施可以增强井口稳定性。     

深水钻井导管力学特性参数敏感性分析

深水钻井导管受力复杂,影响因素较多,主要包括平台偏移、海流流速、土壤强度、固井质量和低压井口出泥高度等,确定各影响因素的优先等级是深水钻井导管钻前设计和现场作业急需解决的问题。建立了深水钻井导管力学分析模型,分析了导管的力学特性,采用正交试验方法安排仿真试验方案,对仿真试验结果进行极差分析和方差分析,从而确定各影响因素对深水钻井导管力学特性的影响大小和显著性。研究结果表明,导管最大应力值出现在泥线以下8 m左右,影响导管最大Mises应力的因素依次为平台偏移、导管外径、导管壁厚、海流、低压井口出泥高度和固井质量等,其中平台偏移、导管几何参数和海流对最大Mises应力的影响高度显著,出泥高度和固井质量对导管最大Mises应力影响相对较小。通过分析发现,平台偏移和海流流速增大是造成导管载荷增加的根本原因,增大导管外径和壁厚可以有效减小导管应力。