海上钻井隔水导管导向孔位置优化研究

随着水深的增加,强风浪流会对钻井隔水导管的稳定性产生巨大的影响,因此需要设置和安装导向孔及扶正块以减少隔水导管承受的疲劳应力和涡激应力,延长隔水导管的使用寿命。文中在考虑隔水导管结构自重及其他所有外界载荷的作用的情况下,建立了安装导向孔情况下的海上钻井隔水导管力学分析模型。利用ANSYS软件对工程实例进行了优化分析,分析结果表明,文中所提出的隔水导管及导向孔计算模型具备广泛的适用性,能够为实际工程施工和管理提供可靠的理论保证,并带来较好的经济效益。     

海上油气井服役过程中隔水导管旋转原因分析

海上生产井在服役过程中井口发生旋转会对采油树、井口管汇以及油气生产带来严重的安全隐患和作业风险。针对海上某油田在服役多年后井口发生的旋转现象,从最外层隔水导管受力情况分析出发,对钻完井作业过程和生产过程中的各个阶段影响因素进行了分析,建立了钻井隔水导管在海流作用下产生扭矩的力学模型;考虑到油气井长期服役后隔水导管外侧会附着大量海生物现象,附着的海生物在海流作用下会对隔水导管产生更大的扭力,从而引起隔水导管的旋转。通过理论分析和有限元计算,建立了不同海生物附着条件下隔水导管旋转力的计算模型。利用建立的钻井隔水导管旋转力计算模型进行案例分析,进一步验证了理论模型的正确性和准确性。研究结果能够为海上隔水导管扣型设计、隔水导管连接方式和油气井服役过程中井口维护提供理论依据。     

浅水隔水导管动态响应及涡激振动疲劳损伤

介绍波浪海流作用下的隔水导管动力学模型,总结极限强度分析、稳定性校核和涡激振动Vortex Induced Vibration（VIV）疲劳损伤分析方法,并就某隔水导管实例分析动态响应和VIV疲劳损伤,得到隔水导管的极限强度结果、稳定性校核结果、VIV疲劳寿命满足钻井作业要求。所提出的隔水导管振动响应、VIV疲劳损伤及寿命分析方法为隔水导管的安全保障提供参考和技术支撑。     

渤海某油田隔水导管入泥深度研究

海上钻井隔水导管连接海上钻井平台与海底浅层土体,主要功能是隔离海水、形成钻井液循环通道。如果钻井隔水导管入泥深度下入过浅,将不能完全承受上部的井口载荷而导致在施工过程中井口的失稳、下陷等海上复杂事故,会造成很大的经济损失。如果隔水导管入泥深度下入过深,会使隔水导管用量过度增加而造成经济上的过多浪费。渤海某油田水深较深,海浪、海流和海冰等海况条件对钻井隔水导管强度和稳定性产生很大的影响。为了保障海上钻井施工的安全,对该地区钻井隔水导管入泥深度开展综合性研究,减少海上导管施工的盲目性和作业风险,降低海上钻井施工成本。     

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.     

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。     

北部湾盆地勘探井小尺寸隔水导管技术

海上隔水导管设计直接影响到作业安全、工期及费用,在满足作业安全的前提下,如何设计合适的隔水导管来提高钻井速度、降低钻井成本是区域勘探井钻井的关键问题之一。基于边界约束条件,考虑作业海域水文气象季节性影响,建立了小尺寸隔水导管强度设计方法及稳定性分析,并进行了实际应用。结果证实,在北部湾海域非台风季节下作业,小尺寸隔水导管技术可以弥补常规?508 mm隔水导管设计工期长、费用高的问题,同时也能解决?508 mm×?339.73 mm变径组合隔水导管“盲替”固井方式的缺陷。该技术的成功应用,突破了传统常用的?508 mm隔水导管井口稳定需求的限制,为今后北部湾勘探井隔水导管设计提供了新的参考方向,也为后续勘探井可持续发展的安全高效作业奠定基础。     

群桩作用下钻井隔水导管入泥深度计算方法研究

减小井距可节约工程费用,但会引起群桩效应而导致拒锤现象发生。通过室内模拟试验和渤海现场模拟试验,分析了群桩效应对隔水导管周围土体力学性质的影响,提出了群桩作用下钻井隔水导管入泥深度的计算方法,并研制出相应的计算软件。该计算方法已在我国海上10多个油(气)田进行了应用,取得了非常好的效果。群桩作用下钻井隔水导管入泥深度计算方法在提高海上作业速度、保证海上作业安全和降低油田勘探开发成本方面有着重要意义。     

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。     

24″隔水导管涡激效应分析及尺寸优化

为了更精确地评价隔水导管涡激效应,简化了隔水导管受力模型,并建立计算方法,结合现场工况对24in隔水导管进行了理论分析,综合静力与波流涡激振动分析结果,在满足海况条件的基础上,如果以50年为开发周期的油田,24in壁厚1in隔水导管在强度方面可以满足要求对现场作业,对井口稳定性分析具有一定的指导意义。     

海洋钻井隔水管疲劳试验设计及评价标准

焊缝疲劳开裂是钻井隔水管常见的失效形式。海洋钻井隔水管全尺寸疲劳试验是评价和验证其疲劳性能的唯一方式,国内在这方面的研究还比较少。对海洋钻井隔水管疲劳试验方法、疲劳设计和评价标准、S-N曲线选取、试件设计、试验样本数的选取进行了研究,为钻井隔水管的疲劳性能试验研究及评价提供参考。提出了提高海洋钻井隔水管疲劳寿命的方法。     

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。     

海洋钻井隔水管适用性评价技术研究

根据海洋钻井隔水管自身特点,采用基于断裂力学的单根适用性评价方法,考虑隔水管疲劳载荷特点和海浪的随机载荷影响,通过分析和控制缺陷扩展可以避免疲劳失效,并进行剩余疲劳寿命预测。计算实例表明,波浪载荷是造成海洋钻井隔水管疲劳损伤的重要原因,海洋钻井隔水管的初始裂纹尺寸a0越小,其疲劳寿命越长,反之,则寿命越短。因此,提高裂纹检测水平,以及尽早发现细小缺陷对延长钻井隔水管的剩余寿命至关重要。     

风浪流作用下隔水导管强度及安全性计算

隔水导管的强度及安全性对于海上钻完井作业安全至关重要。将隔水导管下部入泥端简化为固支,上部约束简化为铰支,对隔水导管的轴向载荷和横向载荷进行了分析,研究了风、浪、流作用对隔水导管强度及安全性的影响。以渤海渤中34油田为例,对30年一遇海洋环境条件下该油田隔水导管的强度及安全性进行了计算与分析,其结果对于该地区海上工程设计和钻完井作业具有一定的指导意义。     

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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。     

深海水域钻井隔水管力学特性分析

由于深海水域的环境条件比较恶劣,钻井隔水管的受力状况比较复杂,只有通过分析深海水域钻井隔水管力学特性,才能准确判断其强度和稳定性。利用有限元分析方法建立了海浪、海流等复杂海况作用下深水隔水管受力分析计算模型。在力学模型建立过程中,对海浪、海流作用方式进行了简化处理,并考虑了各种工况条件下隔水管受力状态,提出了波浪有效作用深度的确定方法,得出了波浪载荷的有效作用深度与波高、周期都有一定的关系,波高越大,周期越小,作用深度就较深,反之亦然。同时,利用ANSYS软件,分析了不同载荷作用方式下隔水管在不同水深处的应力及变形变化规律,为深水环境条件下隔水管柱强度设计提供了科学依据。     

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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。     

隔水导管与土壤胶结强度试验分析研究

为研究隔水导管与水泥浆、水泥浆与海底土之间作用机理,在天津塘沽渤海湾海滨地区做了系列模拟试验,根据试验结果分析了隔水导管与水泥浆固结力随时间的变化规律以及水泥浆与海底土层固结强度随时间的变化规律。在海上隔水导管钻入法施工中,隔水导管的入泥深度确定与海底土性质及水泥浆固结质量有很大关系。隔水导管钻入法施工一般使用海水钻进,钻完固井后隔水导管外面与水泥浆直接接触,而水泥浆又与海底土层直接接触。通过模拟试验结果得出,水泥环强度突变点是发生在注入水泥浆后的48 h的时间段。该研究成果能够为海上隔水导管钻入法固井作业施工和钻井隔水导管入泥深度的确定提供科学依据。