海洋脐带缆张紧器总体方案设计

在海洋油气开发过程中需要通过脐带缆完成通信、电信号传输及液体注入等。张紧器是铺设脐带缆的关键设备之一,可以保障脐带缆的恒张力铺设。综述了两履带上下或水平布置、三履带对中布置、四履带对中布置3种形式的脐带缆张紧器应用优缺点,对比了各脐带缆张紧器的性能参数。针对海洋脐带缆铺设特点,设计了四履带对中式脐带缆张紧器的总体结构方案及其履带机构总成、驱动系统。研究成果对形成适合我国海洋脐带缆铺设作业技术,满足我国海洋油气田开发需要具有指导意义。     

脐带缆液压管线材料的应用特点与选择分析

选择合适的脐带缆管线材料是保证海洋油气田顺利、安全、有效开采的基础,文章介绍了目前钢管脐带缆和软管脐带缆的应用情况以及不同材质脐带缆的特点和适应性,通过对钢管脐带缆和软管脐带缆的性能及适应性比较,分析了选择脐带缆材料类型时需考虑的因素,提出了脐带缆管线材料选择的一般思路,为海洋油气田开发选用脐带缆提供了一定的参考。     

深水脐带缆安装技术发展现状与趋势

对脐带缆安装技术特点作了介绍,包括与主平台的回接技术、脐带缆终端的下放技术。结合国内外脐带缆安装技术应用的水深情况作了相应的分析和对比,提出我国在深水脐带缆安装过程中所面临的挑战和发展方向。     

深水脐带缆浮力块配置优化设计

脐带缆是水下生产控制系统的重要组成部分,线型设计是脐带缆整体分析的关键问题之一。采用有限元软件ABAQUS分别建立悬链线型与缓波型脐带缆的有限元模型,对比分析了2种线型张力与曲率的分布规律。以单位长度浮力、浮力块位置、浮力块长度为因子,结合正交试验研究深水脐带缆浮力块配置方案,为脐带缆的线型设计提供参考。     

深水脐带缆敷设系统动力学分析及试验

为了研究深水脐带缆敷设系统的动力学性能,解决海洋作业环境下系统敷缆速度和缆线张力控制问题,利用刚性有限元方法对柔性脐带缆进行了离散和转化,建立了深水脐带缆敷设系统物理模型。在关节坐标系统下,建立了基于第二类拉格朗日方程的系统动力学模型,对模型进行了静平衡求解并获得了系统参数初值。对比理想无扰动作业工况,分析了恒定的张紧器阻尼制动力下施工船运动波动对敷缆速度及缆线张力的影响。针对影响较为严重的升沉运动波动,分析了调整张紧器阻尼制动力的扰动补偿功能对敷缆速度及缆线张力的控制调节状况。理论分析及样机模拟试验结果表明,张紧器扰动补偿可有效地降低施工船运动波动所导致的缆线张力及敷缆速度波动,防止脐带缆拉断或屈曲破坏。     

海洋柔性管缆防弯器连接结构的几何参数优化

为实现对海洋柔性管缆防弯器连接结构几何参数科学合理的设计,建立数值模型,采用正交试验法对连接结构进行分析。运用Abaqus软件建立包含连接结构的防弯器-海缆耦合数值模型,并设计等比例试验验证模型。通过设计正交试验,改变连接结构的5个几何参数,建立并计算16个数值模型,得到5个几何参数对防弯器性能指标影响的主次顺序和优设计区间。结果表明：该耦合数值模型和分析方法可为防弯器连接结构的设计提供有效指导;内套长度与圆柱外径对防弯器性能指标影响最大,应重点分析。     

膨胀波纹管胀管器结构设计与试验

膨胀工具的结构直接影响波纹管的机械膨胀过程。设计了φ241.3 mm滚轮胀管器和球形胀管器。滚轮胀管器主要由壳体、底堵打捞短节和3组滚轮系统构成,其胀管单元的结构与运动状态设计必须保证在有效胀开波纹管管体的前提下,以胀管所需的钻压或扭矩最小为目标;球形胀管器的作用是将水力膨胀后的波纹管主体修正到要求的形状和尺寸,主要由球形胀管器接头、巴掌、球形滚轮和锁紧轴组成。对设计的2种胀管器进行了强度校核和现场试验验证,结果表明,2种胀管器工作正常,结构强度和轴承系统的性能满足使用要求。     

套管钻井扩眼器结构设计与启动特性研究

针对常规扩眼器井眼扩大率较小,难以满足套管钻井作业要求的问题,设计了一种用于套管钻井技术的液压臂式扩眼器。综合考虑钻井液流量、主喷嘴结构、心轴与壳体的摩擦力等因素对扩眼臂张开程度的影响,建立了该扩眼器串联在钻头上方时扩眼臂的力学模型。计算表明,扩眼臂的旋转角速度与心轴上下运动线速度呈线性关系;扩眼臂与井壁接触后产生的反推力将阻碍其开启动作,接触力的大小受多种因素控制。扩眼器由液压驱动,扩眼臂的开启动作受喷嘴特性影响很大。实际应用中,应优化设计复位弹簧及心轴等部件,从而提高扩眼器启动的可靠性。     

海上耐高温深水式井下安全阀的设计与试验

海上油田注采一体化工艺要求井下安全阀耐温350℃、下深不低于1 330 m,然而现有的井下安全阀无法达到该指标要求。为此,研制了海上耐高温深水式井下安全阀,并开展了样机加工和室内试验,同时就其关键部件——压缩弹簧进行了有限元应力分析。研究结果表明:海上耐高温深水式井下安全阀的结构简单可靠,泄漏点数量少,采用全金属结构密封,能在常温至350℃高温下正常工作,其最大下入深度达1 330 m,阀板与整体耐压达35 MPa。所得结论可为耐高温深水式井下安全阀的现场应用提供参考。     

深海采矿脐带缆管理系统分析

为解决采矿作业过程中海洋载荷、硬质提升管道、关键设备对脐带缆的潜在损伤,采用新设计的背负式管夹将脐带缆紧固在提升硬管上,在伸缩装置区域对脐带缆进行升沉运动补偿。在前期研究的基础上,对脐带缆绑扎中的现场作业环境、正常与特殊管段绑扎以及脐带缆升沉补偿中的顶部支撑及弯曲限制等内容进行分析研究,尝试建立一套适用于深海采矿“泵-管”连续提升作业的脐带缆管理系统。该系统可为深海采矿系统脐带缆的安全服役提供一种可靠的工程实例借鉴。     

波浪滑翔机能量管理策略设计与仿真

为提高波浪滑翔机长期作业时的系统运行稳定性和能量利用效率,提出一种基于多目标优化方法的能量管理策略,构建波浪滑翔机能量管理数学模型,采用ε-约束法和线性加权法进行模型求解,设计仿真试验验证能量管理模型的有效性,并对不同任务下的能量调度结果进行分析研究。结果表明所提出的能量管理策略能够在满足系统运行约束的同时,实现对各电气设备的最优能量调度,提高波浪滑翔机的长期运行稳定性和能量利用效率。     

深海脐带缆超级双相不锈钢管卷取装置

为了满足深海脐带缆的生产、运输和用户作业的需要,在制造脐带缆前需要将每根12~40 m的双相不锈钢无缝钢管焊接成最长20 km的卷盘。对此提出了一种海洋深水脐带缆超级双相不锈钢管盘管装置,并对其张紧装置、助卷辊、工字轮式盘卷机构等主要设备进行了阐述。试验结果表明,该卷取装置为无扭有张力卷取,盘卷密度高,能够获得大质量盘卷;试制盘卷的力学性能完全符合ISO 13628-5—2009等有关标准要求,该卷取装置可以满足实际生产的需要。     

海底电缆液压剪切系统设计

在海底电缆抢修任务中,针对多层海底脐带缆的切割需求,提出一种基于水下机器人作业的水下液压剪切机构。结合海底脐带缆多层复合及金属绞线的特殊结构建立剪切失效模型,并对水下液压剪的切割机构进行设计。运用Abaqus软件分析切割过程中脐带缆的力学响应,对脐带缆逐层连续变化的力学特性进行研究,提出海底脐带缆切割需要满足的剪切力及水下液压剪机构的主要参数。     

深海脐带缆内套钢管全位置脉冲TIG对接焊研究

深海脐带缆是连接上部控制装置和海底生产系统的生命线,其内每根由数十至数百根钢管对接焊成的内套钢管质量必须是无懈可击的。由于管-管对接焊接时存在特殊性,在焊接过程中较容易出现焊接缺陷,严重影响到整个脐带缆的工作性能。通过大量试验,对每根长12～40 m的钢管进行精密组对,并采用全位置脉冲TIG焊技术对无法转动的小直径钢管环缝进行焊接,焊接采用TIG焊一次焊接成形,确定了最佳的焊接工艺规范参数,获得了焊缝表面成形美观、根部焊透性好、接头质量可靠等性能优良的焊接接头。     

深海脐带缆内套钢管对接环焊缝的X射线平板数字成像检测

针对深海脐带缆内套盘卷直径小、生产节奏快及检测量大等特点,研制了X射线平板数字实时成像检测系统,介绍了该系统的主要组成机构及其工作原理,包括行走机构、铅房、控制系统的设计和工作过程。将该系统应用于直径8～50.8 mm、壁厚0.5～3 mm的深海脐带缆双相不锈钢管盘管生产中,生产应用结果表明:所研制的X射线平板数字成像系统,完全能满足生产线实时检测的需要,可有效地控制钢管对接焊缝的质量。     

忠武输气管道悬索跨越设计创新及探讨

忠武输气管道有4次悬索跨越,分别是蚂蝗溪悬索跨越、木龙河悬索跨越、马水河悬索跨越、野三河悬索跨越。文章介绍了这几座悬索跨越管桥设计中采用的多项新技术,如采用热聚乙烯半平行钢丝索代替以往的钢丝绳;采用钢管塔架代替以往的角钢塔架;根据地形地貌特点变换风索型式或取消塔架等。这些新技术、新设计在工程中均取得了良好的效果。另外,文章还针对悬索跨越桥面结构型式、预拱度设置、不对称荷载的影响、风索基础的设置等问题进行了探讨。     

一种脐带缆用S32750钢管单元全位置脉冲TIG焊接工艺研究

为了对一种脐带缆用S32750钢管的单元全位置脉冲TIG焊接工艺进行研究,通过力学、金相及腐蚀等试验手段对其焊接工艺进行了验证,同时通过大量工艺试验优化出了一种最佳的焊接工艺,并进行了实际生产应用。试验结果表明,采用该全位置TIG焊接技术,焊接接头的所有理化性能均满足ISO13628—5的要求。生产实践表明,优化后的焊接工艺焊缝的质量稳定,可用于批量生产S32750脐带缆用盘管。     

海洋平台上电缆托架的设计与施工

近年来,采用刚性电缆托架敷设各种电气线路的方法已广为应用。本文介绍电缆托架的主要型式与性能,设计和施工中的技术要求及有关的国内、外标准与技术资料,可供电气专业人员在设计与敷设电缆托架时参考。