浮力块对深水钻井隔水管安装过程性能的影响

建立了带浮力块深水钻井隔水管安装过程力学分析模型,采用ABAQUS有限元软件对带浮力块的深水钻井隔水管在安装过程中的静态力学性能进行分析,研究了浮力块配置方案、浮力系数、浮力块长度和浮力块外径对隔水管横向变形及应力的影响。研究结果表明,深水钻井隔水管安装过程中危险截面始终位于隔水管与浮式钻井设备连接处;浮力块与隔水管裸单根宜采取交错布置的方案;隔水管安装过程中产生的横向变形与危险截面处的应力均随浮力系数、浮力块长度与浮力块外径的增大而增大;超过一定水深后隔水管Mises等效应力随水深增加呈线性减小。     

浮力块对深水钻井隔水管主要性能的影响

采用ABAQUS软件对带浮力块的深水钻井隔水管的静态性能进行了分析,定量分析了浮力块直径和长度对隔水管的弯曲应力、横向变形、底部柔性接头转角和等效应力的影响;采用Shear7软件对裸隔水管、浮力块交错分布隔水管和全浮力块隔水管的涡激振动性能进行了分析,定量分析了不同浮力块分布方案下隔水管的固有频率、均方根位移、均方根应力响应以及疲劳损伤。通过增加浮力块的直径和长度增加隔水管的浮力,有助于改善隔水管的各种静态性能,降低对顶张力的要求,但是在下部安装浮力块对隔水管的悬挂、安装及回收不利,因此需要综合考虑。全浮力块分布方案会造成隔水管水动力外径增大,外部流体对隔水管的输入能量会大幅度提高,从而导致隔水管疲劳损伤进一步增加;浮力块交错分布方案可降低隔水管的疲劳损伤,但位移响应偏大;综合考虑推荐采取浮力块交错布置方案。     

软悬挂撤离工况深水隔水管动力学特性分析

针对软悬挂紧急撤离工况下深水隔水管振动失效问题,采用有限元法并结合哈密顿变分和虚功原理,建立了软悬挂钻井隔水管三维非线性动力学模型,考虑了纵横向耦合效应、海洋涡激效应以及隔水管的大变形等非线性因素。借助文献试验参数和结果验证了非线性动力学模型的有效性。采用HYSY981钻井平台隔水管现场参数,探究了浮力块布置和台风重现期对紧急撤离工况下软悬挂隔水管非线性振动响应特性的影响规律。研究结果表明:合理布置浮力块可以减小应力和动态轴力,最优浮力块的布置方法可由所建立的理论模型确定;在高流速区中,隔水管的浮力块布置应该减少,且隔水管的最大应力和位移出现在靠近顶部或者底部区域,现场需重点关注此位置处隔水管的安全性;隔水管顺流向位移随着台风重现期的延长而增大,且靠近上端部分的位移变化较大,在撤离过程中应注意避免隔水管上端与月池碰撞。研究结果可为了解撤离工况下软悬挂隔水管振动响应特性提供参考。     

海洋钻井隔水管系统动力学行为研究

准确把握隔水管系统的动力学行为特征是保障海洋钻井管柱系统安全性的基础。文章通过Hamilton原理建立了海洋钻井隔水管的动力学模型,通过引入弯曲梁单元的Hermite三次插值函数作为形函数将动力学模型进行离散化,并进一步通过对质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵以及外力列向量的分类整合,最终形成了隔水管系统的整体限元模型。在此基础上,通过Newmark积分法对隔水管系统的动力学响应进行数值求解,并进一步探讨了不同参数对隔水管系统动力学行为的影响。通过数值模拟结果的对比发现,对于海洋环境载荷而言,海流力对隔水管偏移的影响要大于波浪力;隔水管的加厚和顶张力的提升都是控制隔水管振动和偏移的有效手段;此外,浮力块提供的浮力越大,隔水管的弯曲应力和横向偏移也越大。因此,在确保满足海洋钻井平台提升能力的前提下,应尽量减小浮力块的使用数量。     

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.     

浮力块对隔水管固有频率的影响研究

为了避免钻井隔水管在深海环境中出现涡激振动现象,利用ANSYS软件,针对带浮力块和不带浮力块的隔水管系统进行了模态分析。定量研究了浮力块密度、长度及不同布置位置对隔水管固有频率的影响。研究结果表明,布置浮力块后隔水管的各阶固有频率都会相应增大;当隔水管布置浮力块的长度与起始位置相同时,随着浮力块密度的增大,隔水管的各阶固有频率值相应减小;当布置浮力块的密度与长度相同,且布置浮力块的位置靠近隔水管的下端时,隔水管的各阶固有频率越小;当布置浮力块的密度与起始布置位置相同时,隔水管的各阶固有频率会随着布置浮力块长度的增大而增大。得到的结论对涡激响应的研究具有重大意义。     

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。     

深水顶部张紧钻井隔水管非线性静力分析

用ABAQUS软件对用于1500m水深的顶部张紧钻井隔水管进行了非线性静力分析。定量分析了钻井船平均偏移、张力比、海流剖面对深水钻井隔水管弯矩、横向变形、应力水平和底部球铰转角的影响。增加张力比,可显著减小隔水管弯矩、隔水管底部球铰转角以及隔水管的横向变形;但是增加张力比同时会增加隔水管的应力水平,这就要求张力器能够提供更充足的顶部张紧力。钻井船平均偏移对隔水管弯矩和隔水管底部球铰转角有明显影响,控制钻井船平均偏移对于保证海洋钻井的顺利进行具有重要意义。海流是深水钻井重要影响因素之一,海流对隔水管弯矩分布、隔水管中下部的受力状况甚至隔水管的整个作业过程均有显著影响。应加强对海流数据的监测,将海流对深水钻井隔水管作业过程的影响降至最低。     

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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，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，深水隔水管强度分析的三维有限元力学模型，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，使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷，即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况，重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明，而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响，在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中，应特别考虑暗流的存在及其对隔水管强度的影响。     

下放或回收作业状态下超深水钻井隔水管轴向动力分析

以水深1 828.8 m的超深水钻井隔水管为例,对下放或回收作业状态下隔水管的轴向动力进行了分析,研究了不同浮力块配置下隔水管轴向张力波动特性,并推荐了适当的浮力块配置,所得结论对于超深水钻井隔水管的结构设计具有参考意义.     

充液钻井隔水管的非线性动力特性分析

近年来,海洋油气勘探开发已从浅海走向深海,甚至超深海。随着水深的增加,隔水管受力状态更加复杂,对隔水管的强度和稳定性的要求也更高。研究影响隔水管固有频率变化的各种因素,并数值计算了张力比、管长、浮力块对隔水管固有频率的影响,通过分析提出避免发生锁频共振途径,所得的结果可对深水钻井隔水管的正确设计和使用提供参考。     

海洋深水钻井隔水管系统动力特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备,文中利用描述隔水管运动的四阶非线性偏微分方程,应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析,考虑了顶张力和浮力块以及其他因素对隔水管的影响,并编制了相应的计算软件。文中所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点,能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导,具有较好的应用价值。     

柔性立管浮筒数量多目标优化设计

以某海况的陡波线型设计为研究对象,以水面浮体的漂移域、管道线型最大曲率和经济性为设计指标,建立柔性立管整体线型的数值分析模型,开展这3项指标对于浮筒设计数量的灵敏度分析.提取上述指标结果,进行归一化处理,以漂移域最小、线型曲率最大、经济成本最低为优化目标,进行具有陡波线型特征的柔性立管系统浮筒数量的多目标优化设计,给出...     

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。     

国内外X80深水钻井隔水管主管性能对比

随着我国海洋油气勘探向着深水领域发展,钻井隔水管的国产化研制显得越来越重要。通过对我国自主研制的X80级533.4 mm×25.4 mm规格的海洋钻井隔水管主管和国外制造的同等规格的隔水管主管在板材成分、组织、拉伸性能、冲击性能、CTOD断裂韧性及几何尺寸控制等方面的试验检测对比,结果表明我国已经初步掌握了X80深水钻井隔水管主管的制造技术,但在焊接质量稳定性、几何尺寸精度控制方面尚需进一步改进。     

深水柔性立管的缓波型布置及参数敏感性分析

针对某深水柔性立管进行缓波型布置设计,确定浮力块的尺寸和位置,顶部悬挂角和管内流体密度等主要布置参数。运用集中质量法建立分析模型,并在此基础上研究柔性立管的初始形状、曲率和张力对不同总体布置参数的敏感性及变化规律,得到一些有用的结论可作为柔性立管总体布置设计的参考。     

南海深水钻井隔水管设计与作业技术

深水钻井隔水管设计与作业技术是深水钻井最重要的考虑内容之一。为此,针对我国南海深水油气钻井作业的迫切需要,考虑了平台与装备的实际条件,开展了深水钻井隔水管设计与作业技术研究,具体包括隔水管系统配置、排列设计和张紧力、钻井作业窗口、下放/回收作业窗口和悬挂作业窗口等。结果认为,排列设计就要确定隔水管具体的下放列表供现场司钻使用,而张紧力的确定既要满足API规范关于最小张紧力的要求,同时也应更适合于现场作业。算例所用基础数据依托南海某深水钻井平台,依据某井位具体的水深和环境条件,最后给出了隔水管设计与作业技术的具体应用情况,设计方案与作业参数已在南海深水钻井实践中得到成功应用。相关结论可为深水钻井隔水管设计与作业提供参考。