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。      

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。     

基于AMESim的隔水管张紧器抗反冲控制研究

作为浮式钻井隔水管系统的关键装备,国产隔水管张紧器因其抗反冲控制试验难度大、成本高、风险不可控等因素,制约着产品的工业化应用进程。为降低隔水管张紧器的海试应用风险,提高张紧器抗反冲控制效果,以AMESim软件为仿真平台,选用南海某浮式钻井平台的隔水管系统为依据,建立抗反冲阀、张紧器、隔水管串及控制系统等相关模型,并搭建抗反冲控制系统,研究控制参数及脱离时刻对抗反冲控制的影响。研究结果表明:液缸位置-主阀开度控制曲线是抗反冲控制的关键因素;不同的脱离时刻对于张紧器抗反冲控制效果影响较大,为避免脱离时隔水管串出现局部弯曲的现象,建议脱离时刻选取在平台升沉曲线180°相位的附近。研究结果可为隔水管张紧器的控制逻辑优化和海试应用提供一定的依据。     

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。      

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。     

钢丝绳式隔水管张紧器监控系统设计

为了采集张紧器运行过程中各项重要参数,实时掌握张紧器状态,依据海洋钻井隔水管张紧器控制系统工作原理,设计了钢丝绳式隔水管张紧器远程监控系统。监控系统包括张紧器液缸与蓄能器之间的抗反冲控制、液缸和钢丝绳位移检测、升沉运动检测、钢丝绳寿命与维护提醒等7个功能模块。针对隔水管张紧器的3种事故工况,设计了状态判断与系统维护软件算法流程。进行了界面设计,介绍了监控软件的应用情况。该钢丝绳式隔水管张紧器监控系统自动化、智能化程度高,为隔水管张紧器的安全性、可靠性提供了多重保障。     

基于张紧器耦合的隔水管作业窗分析

为了研究张紧器与隔水管耦合作用下的自存作业窗及避台撤离时的紧急作业窗,基于隔水管悬挂模式下的横向振动特性,建立了隔水管与张紧器耦合振动动力学模型,采用有限差分法对方程进行了离散,利用边界条件和初始条件通过编程对模型进行求解.研究了海风和张紧器参数对隔水管自存作业窗的影响,分析了平台航速和海流角度对隔水管悬挂撤离时作业窗...     

深海半潜式钻井平台钻井系统选型探讨

着重对井架作业系统、防喷器组与采油树处理系统、隔水管处理系统、隔水管张紧系统、钻柱运动补偿系统及高压泥浆系统等对深海半潜式钻井平台主尺度、总体性能和布置方案的影响作了分析探讨。     

防台风钻井隔水管技术现状及适用性分析

随着我国南海深水油气的开发,频发的南海台风导致深水钻井隔水管出现严重事故,造成较大损失,需要开发一种有效的防台风钻井隔水管以提高海上钻井安全。为此,阐述了防台风钻井隔水管系统的发展历程及应用情况,详细介绍近海面脱离总成和浮力罐系统2个关键技术,从防台风钻井隔水管安装过程、紧急脱离过程和回接过程3个方面介绍防台风钻井隔水管作业技术。以我国南海某井为例进行了防台风钻井隔水管适用性分析。分析结果表明,与常规钻井隔水管相比,防台风钻井隔水管的连接钻井作业窗口稍微偏小,基本不影响正常钻井性能;在南海台风条件下防台风钻井隔水管可以保持结构完整性,具有良好的防台风性能,同时大大缩短了作业时间,降低了作业费用。     

深水油气井测试海底控制系统及其关键设备

长期以来我国海洋油气井测试主要依靠引进国外技术,严重制约了该项技术在我国的发展。为此,研究了海洋油气井测试系统及其关键设备,并分析了海底控制系统应急作业流程。分析结果表明,海底控制系统对于深水测试过程起着决定性作用,其关键设备包括水下测试树、止回阀、防喷阀、立管控制模块和蓄能器模块等。平台综合控制系统可通过电液信号对海底控制系统的设备进行有序控制,并做出迅速响应,以保证在危险情况下对深水测试管柱内液体有效封堵,以及迅速断开与撤离测试管柱。最后指出海洋油气测试系统对我国深水油气钻采装备发展的重要意义。     

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.     

高速率泥浆脉冲器工作模式设计与试验

转子往复摆动的脉冲器从结构上可实现转子快速摆动,载波频率高,调制方式选择空间大。为了适应钻进时地层参数,以及钻井工程参数,例如排量、密度、钻速、转速等,需要改变井下脉冲器工作模式,包括调制方式、运动频率、定转子开合角度、扫频、静默等。工作模式预置在脉冲器控制芯片中,由地面指令下传装置改变管汇中泥浆流量,切换井下脉冲器的工作模式。通过对工作模式的远程切换,可节省钻进辅助时间,提高生产效率。高速率泥浆脉冲器在新疆某井进行了应用试验,对作业过程实时数据的分析表明,模式切换可靠,数据上传速度高。为高速泥浆脉冲器的扩大使用积累了经验。