深水水下井口头系统紧锁机构分析

锁紧机构作为连接高低压井口头的重要部件,决定了深水井口头系统在多种外载条件下工作的稳定性和可靠性,对深水油气田作业安全至关重要。介绍了国内外几种典型水下高低压井口头系统及锁紧机构类型,对比分析了不同类型水下高低压井口头系统采用的锁紧机构及其锁紧原理和特点,并对Dril-Quip公司SS-15型井口头系统采用有限元进行了力学分析。结论表明,采取较大预紧力的锁紧机构,可以有效地提高低压水下井口头系统的抗疲劳能力。对深水作业时选择高低压井口头具有一定的指导意义。     

深水水上防喷器钻井系统 高压套管隔水管强度分析

深水水上防喷器钻井系统已得到一定程度的现场应用,可节省作业费用。但由于该系统具有采用高压小直径套管代替常规大直径隔水管、防喷器组放置水面以上采用应力短节缓解高压隔水管应力等特点,需要分析高压隔水管的强度。根据材料力学理论,建立了高压隔水管的准静态力学分析模型和内外压力计算模型。通过对高压隔水管的力学性质及内外压强度的分析发现,高压隔水管的下部应力节底部的偏移程度对隔水管的弯曲变形和弯曲应力影响不大;在选择应力节时,上部应力节的转动刚度可以小于下部应力节的转动刚度;在高压隔水管 内压强度设计时应重点考虑高压隔水管接近海面段所受到的等效内压力,在该段提高管材钢级或增大壁厚。     

深水固井水泥头关键技术研究

深水固井水泥头是重要的井口装备,因为其技术集成度高、科技含量高,所以一直被国外公司所垄断。从固井工艺、井深结构、安全可靠性和经济性等方面阐述了深水固井水泥头的功能特点及技术要求,分析了深水固井水泥头的结构模块化、高压旋转密封、功能机构集成、机构气动驱动和远程操控等几项关键技术的原理及性能特点,指明了深水固井水泥头将来的发展方向。研究结果可为国内相关机构开展深水固井水泥头的研制提供参考。     

深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

海洋深水钻井井口头系统下放工具研究

介绍了Vetco和Dril-Quip公司的几种典型水下井口头系统下放工具,即临时导向基座(TGB)下放工具、762 mm导管头下放工具以及套管挂和密封总成下放工具。对这几种下放工具的结构特点和作用过程进行分析和总结,提出了改进意见和改进方案———应采用反推的原则设计井口头系统下放工具,明确下放工具与要下放的原件之间的配合方式,确定配合方式后,对下放工具中间部件的连接方式进行设计。这对我国自主开发井口头系统下放工具具有参考价值。     

水下套管挂和密封总成下放工具设计

套管挂和密封总成下放工具是重要的水下井口头系统作业工具,在对比分析国外技术的基础上,以安全、高效、低作业成本为目标,运用模块化设计方法划分下放工具的功能结构单元,完成工具的详细设计。对工具中心轴连接螺纹强度进行研究,并分析了齿根圆角半径对接触应力的影响。结果表明:最大等效应力836.599MPa出现在第1齿螺纹齿根的下侧,随着螺纹齿根部圆角半径增大,螺纹齿接触应力逐渐减小。     

深水油气勘探救援井精确探测技术研究

深水油气勘探开发已成为石油工业的热点,但井喷等事故时有发生。钻救援井是解决井喷事故的有效方法,其中救援井与事故井相对位置的精确探测是实施救援的关键。利用软件模拟半径为139.7 mm的井喷井,在其附近设置一个1 A电流源和一个接地电极,研究电流源和事故井距离、两电极距离、事故井半径对事故井套管上电流密度的影响。研究结果表明:事故井和救援井距离越近,事故井套管上的电流密度越大,且事故井套管上电流密度最小值的位置点越接近电流源所在处的位置;事故井中电流密度最小值的位置点所在处是由点电流源所在处的位置决定的;事故井半径越小,电流密度的幅值变化就越大,其上的电流密度的幅值也越大。研究结果对海上钻井救援提供了一定的理论依据。     

用于破损套管井的膨胀管密封加固技术

针对套损井经过磨铣整形后需要补贴加固,而采用现有的大通径套管补贴技术对破损套管密封加固后最大内径为106 mm,套管内径依然较小的问题,对膨胀管密封加固技术进行了研究,方法是通过外力推动胀头胀开整根膨胀管,进行整体扩径,使其紧贴在套管壁上,完成对套损井的密封加固。经过膨胀加固后的套管内径可达110 mm,加固密封可靠,加固位置准确,施工安全,膨胀过程只需下1趟管柱就能实现。     

深水弃井套管切割技术

深水水下井口尺寸大、强度高,由于水深增加导致切割过程中管柱受力复杂,加上切割工具的不成熟和作业经验缺乏,导致我国前期自营深水井在套管及水下井口切割弃井时遇到了很大的技术挑战,在作业时出现了不同程度的复杂情况。针对自营深水井及国外深水弃井施工案例,深入分析了深水弃井套管切割的风险点和技术难点,总结了作业失败的原因,从技术方案、弃井工具和施工参数等方面提出了针对性的改进方法,全面分析了深水弃井作业的风险点,并给出了相应预防控制措施,并在第2批深水井实施中得到了成功应用,提高了深水作业的安全性和时效性,证实了之前的改进思路的正确性,解决了深水弃井技术难题。     

水下井口头密封总成系列化设计与分析

我国的密封总成仅局限于浅海和低压密封,不能实现不同海水深度和不同压力的钻井需求。鉴于此,通过对系列化设计方法和金属密封机理的研究,对影响密封总成密封性能和压力等级的关键因素进行了分析,确定了密封总成系列化设计原则和评价标准,得到密封总成的系列化设计方法,验证了103.4 MPa井口头系统密封总成作为系列化设计的基型能够达到预定的密封效果并能安全回收,完成了34.5、68.9和137.9MPa 3个压力等级密封总成的结构参数设计,形成了密封总成的系列化。利用ANSYS Workbench对基型密封总成的密封性能做了详细的力学分析。提出的密封总成设计方法可以为整套井口头系统的系列化设计提供理论依据和指导。     

基于流固耦合的水下井口系统拖曳系数研究

分析水下井口系统力学特性时,需要确定水下井口系统的拖曳系数。鉴于此,采用Hydril公司的防喷器组单元尺寸参数为建模标准,并基于Transocean公司防喷器组的选型依据进行建模。在ANSYS流固耦合模块中对适用于不同深度的防喷器组型号及该深度下海水水体环境进行数值模拟。研究结果给出了适用于不同环境下的水下井口拖曳系数,并表明拖曳系数与传统确定方法相比具有较大的偏差,其与防喷器组结构尺寸相关明显,与雷诺数关系较小,即在静水体环境下,防喷器组拖曳系数可近似于仅与其型号有关。研究结果可为水下井口力学分析提供一定的参考依据。     

海洋水下井口装置密封技术研究

密封技术是水下井口装置的关键技术之一,密封性能的优劣直接影响并决定整个海洋石油开采系统的安全性和可靠性。介绍了国内海洋水下井口装置密封技术现状,尤其对美国VetcoGray公司的VX、VX-2、VGX、VGX-2、VT、VT-2等垫环密封和SG-LTR环空密封、DrilQuip公司的环空密封以及Aker公司的环空密封的结构技术参数和性能特点进行了重点分析研究。同时阐述了海洋水下井口装置密封的设计与制造关键技术。指出井口头密封的双密封面结构和球面密封面结构技术先进;环空密封的全金属密封、压入安装方式具有承压高、工作可靠、寿命长的优点。最后建议借鉴国外海洋水下井口装置密封的结构特点,加大科研力度,做好试验设施建设,以推进海洋水下井口装置国产化进程。     

水下井口头疲劳寿命分析

在海洋钻井和生产过程中,水下井口头系统作为钻井和生产设施的基础装备,其疲劳寿命相当重要。以“勘探三号”平台为假设作业平台,以南海某油田海域作为工程实例取值,应用MOSES软件建立隔水管力学计算MOSES模型,得到求解出隔水管下端挠性接头受到的作用力;然后应用ABAQUS有限元分析软件ABAQUS建立水下井口头的有限元模型,根据研究海域土壤P-y曲线线性化,采用ABAQUS非线性弹簧模拟了土壤与水下井口头的相互作用,对水下井口头进行了疲劳寿命计算。计算结果表明,其疲劳寿命满足相关规范和DNV有关水下井口头的设计和使用要求。     

海洋油气井水下井口回接装置

海洋油气井水下井口回接是海洋油气井通过水下井口与海面采油平台建立采油采气通道的一种方法。介绍了回接连接装置的结构、组合式金属膨胀密封环的设计方案及其工作原理。该方案设计的装置结构简单、操作方便,为国内在海上油气井回接系统方面的研究提供新的设计思路。     

海洋水下井口装置锁紧机构研究

锁紧机构是海洋水下井口装置中的重要部件之一,其工作性能的优劣直接决定海底油气井口的使用寿命及整个海洋石油开采系统的安全性和可靠性。介绍了国内外海洋水下井口装置锁紧机构技术现状;对美国VetcoGray、Dril-quip,FMC等公司的锁环式,弹片式、齿圈式、锁圈式4种锁紧机构的工作原理及性能特点进行了对比分析研究。阐述了锁紧机构的工作原理和关键零部件的设计。指出齿圈式和锁圈式锁紧机构结构先进;井口头可以承受较大的轴向拉力和横向弯曲载荷。     

水下井口控油装置稳定性分析

为了保证水下井口救援控油装置在海底转接作业过程中不发生失稳现象,需确定合理的控油装置入泥深度。鉴于此,根据水下井口控油装置结构的受力特点,构建了水下井口控油装置受力的力学模型。根据控油装置所受的海流力、土压力、侧壁摩擦力、土切力和基底反力计算得出控油装置的安全入泥深度要大于2.24 m;根据构建的控油装置力学模型对其地基稳定性、抗滑移和抗倾覆进行了计算分析。计算结果表明,控油装置结构底部抗滑移安全系数为2.78,可抗海流速度极限为3.17 m/s。研究结果可为实际工程作业提供理论支持。     

水下井口连接器密封结构性能分析

水下井口连接器在生产过程中面临的工况和环境较复杂。通过有限元计算,分析了连接器在安装预紧工况和生产工况下密封圈的密封性能。研究了轴向预紧力、密封圈接触应力和径向压缩量等参数之间的相互影响规律。通过编写Abaqus的inp程序,分析完井与修井工况下承受弯矩载荷的井口连接器密封性能,研究了金属密封圈左右接触面不同弯矩载荷下的接触应力相互影响规律。分析结果表明,连接器在承受2.02×10~6N·m的弯矩条件下,金属密封圈虽然发生面积较大的屈服,但是仍然具有密封性,能够有效密封内压。研究成果可为水下井口连接器的安全应用提供参考。