自升式钻井平台隔水导管在环境载荷作用下的响应分析

针对自升式钻井平台的隔水导管,建立了四种隔水导管模型,采用P-y曲线法模拟隔水导管与土壤的非线性相互作用,利用Contact12单元来模拟隔水导管与导向架之间的间隙接触条件,在海洋环境载荷作用下,获取了隔水导管的变形和应力情况。计算结果表明,在相同海洋环境载荷作用下,上端支撑模型的变形和应力最大,然后依次为隔水导管顶张力模型、隔水导管导向架间隙模型、隔水导管导向架固定模型;导向架在隔水导管运动过程中均较好地抑制了隔水导管的横向运动。响应分析结果为工程中带导向架隔水导管的设计与分析提供了参考。     

海流涡激效应对钻井隔水导管疲劳强度的影响

钻井隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管,在海上钻完井过程中起着非常重要的作用。在深水海域,由于隔水导管泥线以上长度的增加,海流对钻井隔水导管疲劳强度影响作用加剧,从而影响隔水导管的使用寿命。开展海流涡激效应对钻井隔水导管疲劳强度影响研究,能够为钻井隔水导管尺寸和材料选择提供科学依据。文中对隔水导管进行了力学分析,将隔水导管受力模型简化为下部固定,上部简支的梁模型来分析。利用流体阻尼及流体涡激力理论模型,计算海流作用下涡激效应对于隔水导管疲劳强度的影响。结合南海某海域的海况资料,对海上钻井隔水导管的疲劳强度和使用寿命进行了分析和校核,给出了该海域合理的隔水导管尺寸。通过研究得出:随着水深的增加,海流对隔水导管的涡激效应会逐渐加强,对隔水导管疲劳强度影响加剧。     

渤海油田探井隔水导管整体力学特性分析

在海洋探井钻井过程中,隔水导管的强度及稳定性对于安全钻完井作业具有重要意义。文中介绍了渤海油田常规的探井井口结构,研究了海风、海浪、海流及海冰作用对钻井隔水导管强度及稳定性的影响,建立了探井钻井隔水导管的受力分析模型。应用通用有限元软件ANSYS建立了钻井隔水导管有限元计算模型,并且对钻井隔水导管及组合管柱结构进行了强度和稳定性校核。以渤海油田某探井为例。对25a-遇海洋环境条件下钻井隔水导管的强度及稳定性进行了计算与分析,研究成果能够为该地区今后的探井钻井作业提供科学依据和技术指导,从而保证海上钻完井施工作业的安全。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素，隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性，而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验，缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型，分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素，结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素，而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著；随着隔水导管入泥深度增大，其横向位移逐渐减小，而应力则先增大后减小，其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点；地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

涠洲12-1B油田隔水导管入泥深度分析

涠洲12-1B油田在钻井过程中井下情况比较复杂,钻井作业施工时间长,这对钻井隔水导管的稳定性提出了更高的要求。文中根据该油田海底土的工程地质条件,结合海上钻井隔水导管现场施工过程中不同的工况要求,利用隔水导管极限承载力分析方法,计算得出合理的隔水导管最小入泥深度。现场应用表明,计算结果与实际施工情况比较吻合,应用效果良好。     

钻井隔水导管自振特性及对海上钻井作业安全的影响研究

本文针对自升式钻井平台隔水导管在钻井作业中的工作状态,采用结构力学多自由度系统的自由振动研究方法,建立了隔水导管与防喷器系统的集中质量悬臂杆体系.本文通过求解主振型的位移方程和频率方程,得到了隔水导管系统的自振频率.根据常用钻井条件下的钻井隔水导管和防喷器的工程参数,结合自升式钻井平台工作实际情况,计算结果考虑不同水深条件下自振频率和作业海域的波浪周期,对于在不同海域,提出了在可能发生谐振的海域和水深情况下,作业者从隔水导管串与防喷器设计到钻井作业过程中,应该注意采取的工程措施,为制订合理的设计和工程参数,避免隔水导管发生损坏,保障钻井作业安全,提供了科学的决策依据.     

单桩变刚度结构隔水导管稳定性研究及设计方法探讨

采用弹性稳定性分析方法,研究和分析了隔水导管稳定性的特点及临界载荷,并根据海上钻井作业中隔水导管设计和使用的实际情况,提出了一种既能增强稳定性,又能降低成本的变刚度结构隔水导管设计方法,并且在考虑自重均布载荷和端部井口集中载荷条件下,对单桩隔水导管的弹性稳定性进行了研究及工程实例计算分析。本文的探讨对于降低海上钻井作业成本和提高隔水导管安全性能将会产生积极的影响。     

埕北G4A井口平台倾斜度的控制

埕北G4A平台位于埕岛油田边缘,整个平台由井口平台、生产平台、生活平台及已建成的埕北G4单井平台四个部分组成。其中井口平台为四腿导管架桩基平台,由于环境资料及钻井要求不同与区域内其他平台差别较大,尤其是钻井作业对导管架的倾斜度提出了严格要求。为满足这一要求,需从导管架的预制和安装要求、导管架防沉板的计算分析及井口隔水管导向筒结构形式等三方面掌握井口平台设计中倾斜度的控制方法。     

南海西部乌石海域■508 mm隔水导管简易井口稳定性研究

南海西部海域常规探井简易水上井口前期普遍采用■762 mm×25.4 mm大尺寸隔水导管,作业成本较高。从隔水导管桩土承载力、海底土浅层破裂压力、极端海况下隔水导管强度等方面分析■508 mm×25.4 mm隔水导管稳定性。结果表明:隔水导管最小入泥深度为45 m时,能满足井口承载1 000 kN要求;极端海况下隔水导管能满足强度要求,在水面及泥线下2 m附近出现最大弯矩与应力,泥线以下10 m后应力较小。现场应用表明,乌石海域采用■508 mm隔水导管可实现后续安全钻井作业,相比■762 mm大尺寸隔水导管方案,可降低作业工期与费用。     

海上钻井隔水导管横向振动特性及其对钻井作业的影响

以渤海自升式钻井平台为研究对象,根据能量法建立了用三角级数方程表示的隔水导管挠曲变形方程,由雷利法计算了隔水导管系统的振动频率,并通过工程实例对隔水导管在不同尺寸和不同水深条件下的自振特征和特点进行了分析。这些研究成果可以为钻井参数的选择提供依据,对于海上钻井作业,特别是深水钻井作业的安全管理以及减少井下隔水导管和钻具事故的发生有着重要的指导意义。     

隔水管充气双梯度钻井充气水深和充气速率研究

为确定隔水管充气双梯度钻井充气水深和充气速率,根据气液两相流漂移流理论,考虑气体流动过程中其体积受隔水管环空压力变化的影响,建立了隔水管环空压力计算微元模型,推导出了隔水管充气双梯度钻井充气速率计算模型,并利用现场试验数据验证了模型计算结果的准确性.以南海某深水井为例,利用所建模型分析了施工参数对隔水管充气双梯度钻井充...     

台风应急期间深水钻井隔水管悬挂撤离安全分析

对于半潜式钻井平台,常规应对台风的程序是回收所有的钻井隔水管,航离台风路径,但是回收隔水管的作业时间较长,有时无法保证回收所有的隔水管,因此,悬挂隔水管可能无法避免。为保证钻井平台悬挂隔水管航行时隔水管的安全,以悬挂状态下的隔水管为研究对象,考虑隔水管动态张力、弯曲应力、隔水管转角及与月池的空间干涉等因素,利用有限元分析方法建立了悬挂模式下的隔水管轴向动力学模型。利用该模型,以南海某超深水井(水深2 460 m)为例,分析了不同悬挂模式、钻井船撤离航速、航向对隔水管安全性的影响。结果表明:硬悬挂模式下,航速为2 kn时,安全撤离航向为0°~45°;软悬挂模式下,航速为2 kn时,安全撤离航向为0°~90°;同样海况条件下,软悬挂模式允许的钻井船航速比硬悬挂大。这表明软悬挂撤离模式比硬悬挂撤离模式对波流载荷的适应能力要强,悬挂隔水管避台风撤离时,应优先选用软悬挂模式。      

基于有限元法的深水钻井隔水管压溃评估

压溃是深水钻井隔水管主要的失效模式之一,现有的理论算法无法考虑缺陷对隔水管压溃的影响。因此,考虑磨损和腐蚀对隔水管压溃性能的影响,建立了深水钻井隔水管非线性压溃有限元评估方法,并与深水钻井隔水管压溃理论评估方法进行了对比。结果表明:有限元压溃分析方法与API RP 2RD、DNV OS F101推荐算法的分析结果基本一致,验证了隔水管压溃有限元分析方法的准确性;压溃过程的初始阶段隔水管发生弹性变形,当内外压差达到临界压力时,隔水管开始发生塑性变形,弹性阶段向塑性阶段的突变点即为隔水管压溃临界点;完好隔水管压溃后截面呈扁平状,缺损隔水管压溃后截面呈锥形;随着隔水管缺陷尺寸增大,隔水管临界压溃压力逐渐降低。      

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。     

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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，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。为此，文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，隔水管静态分析及动力学分析的三维有限元力学模型，在研究中，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，因而计算结果更加符合实际情况。考虑了隔水管所受的三维载荷，对深水钻井隔水管的变形及载荷分布规律进行了计算分析。对于深水钻井隔水管，水下中间部位的变形最大；而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大，而现场隔水管失效事故也恰好证实了此研究结果，揭示了深水钻井隔水管失效的力学机理。在弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。文章还分析了风浪流速度、波浪周期、波高等重要的海洋环境载荷对隔水管变形及强度的影响。     

基于钻井工况和海洋环境耦合作用下的隔水管动力学模型

对于深水和超深水钻井,钻井工况对隔水管动力学行为的影响是一个不可忽视的问题。为此,结合我国自主建造的第一座深水钻井平台--“海洋石油981”钻井平台结构和隔水管系统的实际生产环境,利用最小势能原理,结合泛函求极值方式在国内外首次建立了基于海洋环境和钻井工况耦合作用下的隔水管系统动力学控制方程,给出了相应的边界条件、求解方法,编制了相应的计算程序,并通过实验验证了该模型的有效性。利用该模型编制了计算程序,分析了钻井工况对隔水管系统的模态及横向振幅的影响。结果表明：钻井液流速对隔水管的振动模态影响不明显;钻杆、顶张力对隔水管横向振幅的影响较为显著,顶张力越大,隔水管横向位移越小,但顶张力过大会增加隔水管的自振频率;钻杆则有可能造成隔水管局部的碰撞破坏。     

海洋钻井隔水管的动力分析

隔水管系统是海洋钻井的主要设备之一:本文对描述隔水管运动的四阶非线性偏微分方程和边界条件进行了简化,并应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析,对作用在隔水管上的顶张力,使用四种情况进行研究,并编制了相应的计算程序,实例计算与美国应力工程服务公司的计算结果完全一致,所提供的动态分析方法及计算程序具有方法简便、精确度高和机时省等优点,对设计和校核隔水管系统具有实际的运用价值.     

塔里木盆地富满油田二叠系玄武岩井壁稳定技术研究及应用

塔里木盆地富满油田二叠系普遍发育有玄武岩,玄武岩段钻进易发生井壁失稳,引起卡钻等井下故障复杂,影响了在该区块钻井时效和经济效益。通过对二叠系玄武岩进一步结构特征研究、易垮井地震相态特征及实钻特征研究、理化特性、地应力、坍塌压力研究,确定引起井壁失稳的原因。根据该区块现场实钻资料及井壁失稳处理经验,从强化钻井液封堵性、控制滤失量、提高钻井液抑制性、携岩能力、密度优选、控制工程参数等几个方面给出避免二叠系玄武岩井壁失稳的处理建议。研究成果在AM3井应用成功,效果显著,对指导富满油田二叠系玄武岩钻进具有一定的指导意义。     

三维可视化HDD钻导向孔钻柱力学分析软件的研制与应用——以3300m长江天然气管道穿越工程为例

钻导向孔的成功与否是决定3 300m长江天然气管道穿越工程成败的关键,需要对钻导向孔的钻柱进行力学分析,提前判断钻柱的受力情况,并判断钻具组合是否满足施工要求。为此,综合利用传统的软钻柱模型和较新的ABIS模型,研发了HDD钻导向孔钻柱力学分析软件,可进行钻导向孔时钻柱的受力分析和三维图像显示。将该软件与国外常用的Ridgewood Software(RS)软件进行对比,从井口推力及井口扭矩来看,两者的计算结果很接近;同时还将该软件在某管道穿越工程中进行了模拟应用,将软件计算结果与实测数据进行了比较。结果表明:HDD钻导向孔钻柱力学分析软件能够很好地预测钻导向孔时钻柱的力学状态,并能用三维图像直观地显示导向孔内钻杆的变形与应力分布情况。该软件的成功研制与应用,为长江3 300m天然气管道穿越工程钻导向孔的钻具组合提供了技术支持,其国产化对管道穿越工程钻导向孔的设计和大规模的工程应用奠定了基础。