深水测试管柱优化设计技术研究

为掌握深水油气井测试过程中管柱的受力和变化规律,在分析深水油气井测试管柱结构特点的基础上,从管柱材质、尺寸、测试工具和测试管柱强度等方面进行了深水测试管柱设计。建立了管柱轴向载荷计算模型及变形量计算模型,应用Abaqus软件对测试管柱进行了非线性分析,依据分析结果对深水测试管柱进行了优化设计。同时以南海某井为例对所建的力学模型进行了应用。分析结果表明:在深水测试环境下,管柱可能的危险截面一般处于三向复杂应力状态,仅作单向强度分析是不够的,必须进行三轴应力强度校核。所得结论可为南海多口深水井测试管柱设计和力学分析提供参考。     

深水稠油开发技术发展现状与前景展望

海洋深水稠油储量巨大,但由于深水低温使得稠油流动性更差,给深水稠油油田的开发带来了难度和挑战。巴西等国家的深水稠油油田已经成功实现了商业化开发,并形成了一系列配套开发技术,我国的深水稠油开采技术尚处于探索阶段。了解国际上深水稠油开发技术进展,对推动我国海洋油气开采技术进步,保障能源供给安全意义重大。概述了国外深水稠油开发关键技术,主要从深水稠油开采的钻完井技术、测试技术、人工举升方法和关键设备以及流动保障技术等方面进行了介绍和分析,给出了我国深水稠油开发技术发展的一些建议。     

深水高温高压井隔热测试管柱技术

现有的深水油气井完井技术施工中通常会将部分完井液圈闭于套管环形空间内,进而在深水测试作业时圈闭流体受高温高压产层热流体的影响而产生井筒附加应力。为消除附加应力对井筒完整性造成的损害,设计了一种应用隔热管进行深水油气井生产测试的圈闭压力控制技术。依据南海深水高温高压井的典型井身结构,构建了测试过程的深水井筒热传导模型,通过基于典型井的井筒传热数值计算,分别对常规测试管柱结构及隔热油管测试管柱结构进行了圈闭环空温度场的数值模拟、圈闭压力计算。研究表明,深水高温高压油气井测试过程中,应用隔热管的测试管柱复配技术,可有效降低高温高压产层流体对套管圈闭空间的附加应力影响,避免了井下事故的发生。该技术为深水高温高压油气井的安全高效测试作业提供了一种新的有效方法。     

深水工程勘察技术研究现状与展望

对国内外深水工程勘察相关技术,如:水下声学定位、海底浅层声探测、潜器勘测、深水海底浅表层取样与原位测试、深水钻孔取样(心)与原位测试以及深水地质灾害综合分析与评价等技术的研究现状进行了综述,并对其未来发展方向做了探讨和展望。本文成果对于积极发展具有自主知识产权的深水勘察工程技术与装备,更好地服务我国深水油气勘探开发工程具有重要参考价值。     

深水工程勘察技术研究现状与展望

对国内外深水工程勘察相关技术,如:水下声学定位、海底浅层声探测、潜器勘测、深水海底浅表层取样与原位测试、深水钻孔取样(心)与原位测试以及深水地质灾害综合分析与评价等技术的研究现状进行了综述,并对其未来发展方向做了探讨和展望。本文成果对于积极发展具有自主知识产权的深水勘察工程技术与装备,更好地服务我国深水油气勘探开发工程具有重要参考价值。     

深水海底管道铺管设备技术现状与国产化设想

深水海底管道铺设技术是我国进行深海油气资源开发的关键技术。综述了国外深海海底管道铺设技术,着重介绍了深水铺管船及铺管主要设备(张紧器、A&R绞车、管道输送系统等)的技术现状,并在分析各主要设备技术特点和国内技术条件的基础上,提出了通过引进、消化、技术集成、技术创新的方式进行深水铺管关键设备国产化的设想。     

水下控制模块锁紧结构分析及建议

水下控制系统是深水油气开发的核心系统,水下控制模块则是水下控制系统中的关键设备,国内对此正在进行初步研究。锁紧结构是水下控制模块的核心部件,在运输、安装和回收等过程中起着重要作用。分析了4种国外在役水下控制模块锁紧结构,总结了其主要组成结构、工作原理及各自优缺点,对国内在此方面的研究给出了建议。     

我国海洋油气钻井装备技术现状及展望

为了促进海洋油气钻井装备技术进步,加快海洋油气勘探开发装备的国产化步伐,介绍了我国浅海及深海油气钻井装备的整体技术现状,重点对海洋动态井架、钻井泵组、管柱自动化处理系统、升沉补偿系统、隔水管系统和水下防喷器等深水钻井核心装备进行了分析,分析结果表明国产海洋油气钻井装备与国外发达国家在装备的自动化水平、智能化水平、关键核...     

我国水下油气生产系统装备工程技术进展与展望北大核心CSCD

从水下生产系统方案设计和关键设备国产化制造、安装及集成测试等角度,详细阐述了我国水下油气生产系统设计技术和关键设备工程化现状。在设计技术方面,目前已基本具备1500m水深的水下生产系统独立设计能力,相关水下设计技术在流花16-2油田群和陵水17-2气田等深水油气田得到了充分体现;在水下装备及设备工程化研制方面,以水下采油树、水下控制模块、水下连接器、水下多相流量计和水下脐带缆等为主的关键设备已经具备一定的基础,而且部分产品实现了国产化的示范应用,取得了重大进展。最后对未来我国水下油气生产系统关键设备技术的发展趋势进行了展望。     

深水海底管线终端技术发展的回顾与展望

该文回顾了海洋油气生产领域无潜连接的深水海底管线终端在国内外的发展历程,概括了其技术现状,并指出海底管线终端相关技术的发展方向。     

钻柱升沉补偿试验台控制系统设计

为实现海洋钻井用升沉补偿装置的国产化,采用相似原理设计了海洋钻井平台钻柱升沉补偿试验台控制系统。该系统采用电液比例换向阀控制不对称液压缸模拟海浪升沉,可对升沉运动进行钻柱补偿控制;由于控制部件采用的电液比例换向阀存在死区,系统采用PID和死区补偿控制算法,较好地实现了海浪模拟和补偿控制。为保证升沉给定和跟踪控制精度,软件采用VB调用API函数,可对采样时间间隔进行精确控制。试验数据表明,该控制试验台可满足浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统控制要求。     

双管分注井井下安全控制技术研究

由于目前没有双管分注安全控制技术及配套工具,制约了双管分注工艺技术在海上油田的推广应用。为此,对双管分注安全控制技术的整体方案与配套关键工具进行了研究。双管井下安全控制系统由环空安全控制系统与中心内管安全控制系统2部分组成,环空安全控制系统由环空安全阀与环空封隔器组成。环空安全阀控制双管环空通道的开闭,注入安全阀控制中心管通道的开闭。应用该技术可使海上注水井分层配注准确,大幅度降低了海上油田的测调工作量。     

Nonlinear dynamic analysis and fatigue damage assessment for a deepwater test string subjected to random loads

The deepwater test string is an important but vulnerable component in offshore petroleum exploration, and its durability significantly affects the success of deepwater test operations. Considering the influence of random waves and the interaction between the test string and the riser, a time-domain nonlinear dynamic model of a deepwater test string is developed. The stress-time history of the test string is obtained to study vibration mechanisms and fatigue development in the test string. Several recommendations for reducing damage are proposed. The results indicate that the amplitude of dynamic response when the string is subjected to random loads gradually decreases along the test string, and that the von Mises stress is higher in the string sections near the top of the test string and the flex joints. In addition, the fatigue damage fluctuates with the water depth, and the maximum damage occurs in string sections adjacent to the lower flex joint and in the splash zone. Several measures are proposed to improve the operational safety of deepwater test strings: applying greater top tension, operating in a favorable marine environment, managing the order of the test string joints, and performing nondestructive testing of components at vulnerable positions.     

深水防喷器组电磁阀设计

在海洋深水钻井作业中,深水电磁阀直接控制深水防喷器组的启动,是保证深水钻井作业安全可靠的关键设备。由于深水压力高,要求深水电磁阀具有良好的耐高压和密封性能。采用内嵌式设计方法设计了一种能在3 000 m以下深水高压环境下正常工作的深水电磁阀,并把深水电磁控制阀设计在主控阀内部,不直接与海水接触,解决了抗高压与密封等难题。此外,将深水电磁控制阀的铁心与阀心进行一体设计,提高了阀的响应速度。根据设计方案制作出深水防喷器组电磁阀并进行了初步试验验证,结果表明该电磁阀能够满足使用要求。     

智能完井技术与装备的研究和现场试验

智能完井技术是一项集动态监测、实时控制与生产优化为一体的系统技术,在复杂结构井、油气藏复杂井和海上油气井的优化生产、控制开采、减少修井作业及提高采收率等方面具有显著的优势。在介绍智能完井技术的工作原理、装备结构和特点基础上,重点就研制的关键技术装备,包括井下多级液控遥控阀、穿越式封隔器、动态监测系统等进行了阐述。现场试验结果表明,研制的智能完井系统可以实现井下动态实时监测及各层段流量控制,井下液控阀可以实现遥控功能,多级调节流量的效果明显;光纤动态监测系统读取数据准确、稳定、可靠,满足现场要求;智能完井管柱顺利下井并投产,完井工艺通过了现场检验。     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:(1)管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;(2)关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;(3)建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;(4)以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

深水井测试安全控制技术

防止深水油气井测试事故发生的关键之一,就是必须进行安全评估与控制,提高测试工艺水平。我国南海深水海域有其特殊的区域环境特点:油田离岸距离远、夏季台风频繁、冬季季风不断、存在沙坡、沙脊和内波流等,而且油气藏特性复杂,给深水井测试带来更多的挑战。结合南海深水井测试实践,对深水井测试的主要潜在风险进行了分析,认为存在测试管柱及工具失效、地面流程失效、天然气水合物堵塞、储层出砂、台风影响等风险。针对这些风险提出了具体的防范措施。     

进军深水——中国石油可持续发展的战略思考

当前中国石油勘探开发重点正逐步由常规向非常规、由陆上向海上、由滩浅海向深水海域转移。目前中国石油在资源、服务能力、技术能力等方面具备了走向深水的现实基础,但因自身深水工程技术能力不足,与国际先进水平比差距大,需要走有别于传统陆上的发展之路。围绕中国石油天然气集团公司深水探区勘探开发的迫切需求,提出了中国石油走向深水的目标,并绘制了发展路线图,对经营方式、装置配备、关键技术、人才培养和HSE管理等重点工作进行了论证。在此基础上,提出了制定深水工程技术能力发展规划及实施方案并推进实施、尽快开展推进核心装备与设施项目前期工作、积极争取政策支持等建议。     

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的“管中管”结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用“管中管”体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的“管中管”结构体系横向承载特性分析。研究结果表明：①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。