海洋水下井口回接装置技术现状及结构分析

海洋水下井口回接装置是海洋水下井口进行回接作业的关键设备,该装置用于隔离海水,为生产平台和海洋水下井口建立油气通道。介绍了回接作业程序,简述了回接装置的技术现状,并针对3种国外海洋水下井口回接装置的结构特点进行了分析,总结出回接装置将向高压、安全可靠、标准化、系列化的方向发展。     

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目前国内常规的海洋采油气井口装置大都采用过去传统的设计计算方法，使得所设计的井口装置结构复杂、体积大、成本高。同时，需要压裂、酸化等高压作业时必须换井口或安装井口保护器。为此，根据国内需求设计了一种新型简易的海洋采油气井口装置，它简化了井口装置的结构，既可以满足正常采油气生产的需要，也能达到压裂、酸化等高压作业的要求。章根据KY65—21新型海洋采油气井口装置的使用条件，应用机械设计自动化软件Pro/E，通过建立该采油气井口装置主要零部件的三维实体模型，进行有限元分析计算，找到了不同载荷、不同结构参数下主要零部件的应力分布情况和危险部位。在此基础上对各主要部件进行了结构优化设计。改进后的装置具有结构简单、体积轻、可靠性好、自动化程度及整体性能高等特点，更适合于海洋采油气作业。     

水下井口回接工艺在边际油田开发中的应用及改进

水下井口回接是海洋石油钻井工程中的一项特殊工艺。为降低开发成本,提高边际油田的开发效益,利用临时弃井的井进行水下井口的回接,并在此基础上建造小型生产平台是开发边际油田一项不错的选择。于1988年钻探的BZ34-3-2D井,试油显示较好,采用了保留水下井口的临时弃井。介绍了井口回接工艺以及该工艺在BZ34-3油田的应用中遇到的困难,对常规井口回接工艺进行了改进与创新,利用水下摄像技术观察水下井口情况,最终回接成功,对今后水下井口回接作业有一定的指导作用。     

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。     

新文昌油田群水下井口回接技术

为了缩短新文昌油田群海洋钻井的投产时间,加速资金回流,可采用水下井口回接技术来建立油气通道。介绍了水下井口系统回接准备工作、回接工具技术机理以及现场施工应遵循的原则及隔水管、套管的回接程序,并根据施工过程中出现的问题,提出了相应的解决方案,确保了水下井口回接作业的正常进行。该技术节约了海洋石油的开发成本,缩短了生产时间。此次回接作业为该技术的应用提供了宝贵的经验。     

海洋水下井口和采油装备技术现状及发展方向

概述了海洋水下井口和采油装备的技术现状及系统组成,介绍了水下井口、采油树和水下连接器等关键装备的构成及技术特点。分析指出,海洋水下井口和采油装备将向多国家和多渠道、高可靠性和高适应性、自动化和智能化及深水领域等方向发展。最后,为加快我国海洋水下井口和采油装备的国产化提出了以下发展建议:①加强国际技术合作,以技术引进为先导;②从单元技术研究开始,由点到面并最终实现产品系统化发展;③加强国内企业、院、所联合攻关力度,深入开展水下产品基础研究工作;④加强海洋产品试验能力建设,提供海洋装备海试等配套试验条件。     

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。     

细长型井口回接连接器设计

井口回接连接器是顶部张紧立管的重要组成部分,对维持垂直通道的完整性有重要作用。介绍了细长型井口回接连接器的结构、工作原理、主要技术参数和原理样机的制造;计算了锁紧力和关键部件的强度。设计的细长型井口回接连接器用于连接顶部张紧立管和水下井口,具有尺寸小、安装方便、操作安全可靠等优点,适用于多种浮式平台,尤其是SPAR平台。     

环空带压对深水水下井口疲劳损伤的影响规律

海洋深水油气井测试过程中,高温产液上返时会加热周围套管及多层套管环空内的液体,引起液体在密闭井筒环空中膨胀,产生环空带压。环空带压的存在会改变水下井口疲劳热点处的应力状态,进而对水下井口疲劳损伤产生不利影响,制约了深水油气井长期安全高效运行。为了给深水油气井的长期安全运行提供更加科学的指导,考虑环空液体物性参数、井筒环空液体热膨胀和环空体积变化的耦合影响,建立了水下井筒环空带压计算模型,采用迭代法对环空带压进行了求解,将获得的环空带压施加到水下井口有限元模型上,然后以高压井口头与表层套管的焊缝为研究对象,研究了环空带压条件下水下井口疲劳热点处的应力状态;在此基础上,分析了环空带压、水泥浆返高和高压井口头出泥高度对水下井口疲劳损伤的影响规律。研究结果表明：①环空带压的存在会加剧水下井口的疲劳损伤,压力越高,疲劳损伤越严重;②表层套管外水泥浆返高与泥线的距离越大,水下井口的疲劳损伤越小;③高压井口头出泥高度越大,水下井口疲劳损伤越大。结论认为,有效地控制水下井口的环空带压与合理地设计井身结构,有助于减少水下井口的疲劳损伤。     

海洋水下井口封堵装置技术研究与发展建议

介绍了海洋水下井口封堵装置及其技术发展现状,尤其对当前美国OSRL、MWCC、Wildwell及英国OSPRAG等几家联合公司的典型封堵装置的结构技术参数和性能特点进行了重点分析研究。最后提出搞好深水相关装备技术研究、实施联合开发与集成创新、加强装备研发和人才培养力度及加快海洋工程试验基地建设等4点海洋水下井口封堵装置国产化发展建议。     

基于FTA定性的简易水下井口设计可靠性分析

水下井口作为水下生产系统的核心装备,下端连接导管和套管,上端支撑防喷器组和水下采油树等水下装备,是整个水下生产系统的重要组成部分。特别是在浅海作业环境中,外部易受到风浪影响,一旦发生失效,将会造成严重的后果。基于浅水水下井口的结构特点,建立了水下井口失效事故树模型(FTA),划分了基本事件和最小割集,分析了基本事件结构重要度,对水下井口装置关键部件的风险程度进行了评估。结果表明:低压井口头、环形密封总成、高压井口头、套管悬挂器、防磨补芯装置和导向基座是水下井口设备发生失效的关键部件。针对失效关键部件提出设计优化建议,从而提高海洋油气生产的整体安全可靠性。为建立一套适用于浅水简易水下井口及采油树风险评估与安全可靠性技术体系提供了重要参考依据。     

平湖油气田A5井水下井口重回接工艺的改进

在平湖油气田A5井水下井口重回接作业中,需要依次解脱直径244.5、339.7和508.0mm套管,才能取出被切割的244.5 mm套管和套管挂,重新进行回接,但作业中508.0 mm套管回接头解脱不开。改进重回接工艺后,用磨鞋磨掉了244.5 mm套管和套管挂的连接部分,起出了244.5 mm套管,完成了重回接作业。此次作业经验,为以后更好地完成类似作业提供了借鉴。     

水下采油树下部导向框架结构与强度分析

结合水下井口采油树系统自身结构和API 17D标准,采用Solidworks三维建模,设计了一种便于采油树水下安装的下部导向框架.该框架采用高强度结构钢焊接而成,导向装置采用喇叭口结构.通过ANSYS WORKBENCH软件对框架结构进行力学分析,证明该框架整体具有足够的承载力.对应力集中部位进行结构优化,使框架的结构...     

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。     

半潜式钻井平台水下井口扶正技术及其现场实践

半潜式钻井平台水下井口的稳定性对整个钻井作业的安全及顺利施工至关重要,井身结构、表层固井质量、海况条件等是主要影响因素,其中任何一个出现问题都会导致水下井口失稳,造成水下井口严重偏斜甚至井眼报废.在井眼发生偏斜后,为了减少经济损失和恢复正常作业,需要纠正偏斜的水下井口.文中阐述了南海西部油田YC13-8-1井水下井口扶正施工的作业程序、工艺特点及注意事项.通过该井水下井口的扶正施工,摸索出了一套成功解决水下井口偏斜的技术,可为今后海洋钻井工程类似事件的处理提供技术参考.     

膨胀式导管提高深水钻井水下井口承载力的机理

表层导管是深水钻井水下井口的主要持力结构,水下井口失稳、下沉等复杂事故的发生主要是由于表层导管承载力不足造成的,因此经济高效地提高表层导管承载力是深水钻井工程研究并关注的重点。采用膨胀式导管方法来提高表层导管的承载力,能够实现不改变常规深水喷射法安装表层导管的工艺。表层导管喷射安装到海底设计深度后,膨胀材料发生膨胀实现增加表层导管与海底土接触的表面积,进而提高表层导管侧向摩擦力和水下井口承载力。基于深水钻井水下井口主要结构组成,通过建立深水钻井水下井口承载力计算模型,分析了表层导管尺寸与井口承载力相互关系,揭示了膨胀式表层导管外表面积与水下井口承载力呈线性变化规律,得出了膨胀材料厚度与水下井口承载力之间的计算模型;提出了膨胀材料采用分段式结构可以提高膨胀导管承载力,分析了膨胀材料分段数量、覆盖面积、膨胀厚度对表层导管承载力的影响规律;得出了在相同覆盖面积条件下随着分段数量增加表层导管承载力呈线性增加,随着膨胀厚度增加承载力呈线性增加。通过中国南海现场3口深水井的应用试验,建立的钻井水下井口承载力计算模型结果与现场试验结果的误差约为5%。     

温差作用下回接套管柱井口抬升影响分析

井口抬升会导致油气井井筒完整性破坏,影响油井的后续生产作业安全。为了研究回接套管柱在固井-生产作业中的井口应力分布及抬升高度变化规律,采用有限元方法,根据顺北区块某井现场工况,利用ABAQUS软件建立了不同工况下多层套管-水泥环-地层多体系统热-固耦合分析有限元模型,分析了回接套管从固井阶段开始到生产时的应力和位移变化,得到了井口应力、抬升高度变化过程及其相关参数的影响规律。分析结果表明:随着水泥浆返高的增加,井口抬升高度单调增加,这表明随着水泥环缺失的严重性增加,套管自由段数越长,在温差作用下可伸长抬升的高度也就越大;随着水泥浆返高的增加,井口固定时回接套管的Mises应力先增大、后减小,并不呈现单调递增或递减的趋势。所得结果可为现场回接套管柱井口抬升现象分析提供一定的参考。     

基于ABAQUS和MOSES软件的水下井口头强度分析

根据江汉石油钻头股份有限公司水下井口头本体的结构特点,以南海某油田作为工程实例,应用MOSES软件计算水下BOP组顶部挠性接头球铰处所受最大载荷,应用ABAQUS软件对其本体进行强度分析。通过分析验证了江钻水下井口头的安全性和可靠性,可为今后类似的分析提供一定的借鉴作用。