基于AMESim的海底基盘液压系统设计研究

为了提高海底基盘液压系统的可靠性,保证海底取样作业的连续性和稳定性,对海底基盘液压系统进行了设计研究,利用AMESim软件分析了压力补偿器设计及选型的关键影响因素,并搭建了海底基盘电-液联合仿真模型,在海底响应温度和水压下研究海底基盘的运行情况,同时进行了能耗分析,提出了能耗改进措施。分析结果表明:压力补偿器自身特性使工作舱室内部压力高于外界海水压力成为可能;海底基盘设备舱室的最高耐压压力应根据压力补偿器、管线和充油溢流阀等共同决定,在设计计算时需充分考虑;海底基盘电池组能量主要消耗在为蓄能器充液上,适当改进海底基盘的工作流程,在保障安全的前提下,可大幅提升其在海底的水下自持能力。所得结果可为后续产品的计算和设计优化提供参考。     

3000m海洋水下勘察基盘研制概要与试验

结合"海洋石油708"深水工程勘察船项目的作业工况,分析了水下勘察基盘的工作过程、技术方案、结构组成等,攻克了水下结构设计技术、安装与回收技术、深海液压驱动技术、水下远程声纳控制等关键技术难题,研制了新型水下勘察基盘,并进行厂内和现场试验。该基盘已经在我国南海海域的多个油气区块进行勘察作业,各项技术指标完全满足作业要求。该水下勘察基盘的研制成功,保证了水下钻具的稳定性和取样工具的精确定位,对于海洋勘察船完成钻井与勘察作业具有重要作用。     

水下执行机构的液压控制研究

介绍了水下液压控制系统的构成和工作原理,对水下液压控制系统的执行机构建立了数学模型,并通过AMESim软件进行模拟仿真。仿真的结果表明了执行机构压力和流量的变化,这对以后研究和设计水下液压控制系统具有参考和指导作用。     

自动垂直钻进系统的液压系统设计

研制的自动垂直钻进系统由随钻测量系统、信号传输系统、信号采集与处理系统、钻具纠斜系统等组成 ,其中具有 3个可伸缩支撑滑块的钻具纠斜系统的液压部分是设计的重点。根据液压系统的特点和纠斜工作要求 ,优选了主要由柱塞泵和电磁压力比例控制阀组成的压力调节回路 ,对纠斜系统 3个油缸的输出压力进行了测试 ,并对出现的压力不稳和高压泄漏问题做了调整和改进 ,结果表明 ,液压系统的设计是合理可行的。     

仪表管在大型FPSO HPU系统中的应用

FPSO中的液压动力单元(HPU)是全船及油气田水下液压阀的供油装置。各液压阀之间由多种规格的仪表管及其接头等零部件连接而成。液压仪表管的安装是否准确、牢固、可靠和整齐,将对液压系统的工作性能起着重要作用。为保证系统工作的稳定性,所有安装完成的管路都必须严格按照设计程序进行冲洗清洁,特别是涉及到几千米水下海底液压阀,对系统中仪表管的施工和管路清洁均提出了更高要求。     

海底电缆液压剪切系统设计

在海底电缆抢修任务中,针对多层海底脐带缆的切割需求,提出一种基于水下机器人作业的水下液压剪切机构。结合海底脐带缆多层复合及金属绞线的特殊结构建立剪切失效模型,并对水下液压剪的切割机构进行设计。运用Abaqus软件分析切割过程中脐带缆的力学响应,对脐带缆逐层连续变化的力学特性进行研究,提出海底脐带缆切割需要满足的剪切力及水下液压剪机构的主要参数。     

水下液压拉伸器在海管膨胀弯法兰对接中的应用

水下液压拉伸器在海底管道膨胀弯法兰对接中的应用越来越广泛,文章介绍了水下液压拉伸器的原理、典型构造、优缺点、安装要领以及拉伸程序,并对螺栓延伸长度计算、预紧压力计算进行了详细介绍。     

水下连接器液压管线排布设计

为保证水下连接器液压系统能够正常工作,完成海底管道连接的任务,需选取合适的液压管线组合将液压执行元件和液压控制元件有效地连接起来。为了最大程度降低排布在安装工具上液压管线的复杂程度,并有效降低碰撞对液压管线造成损伤的可能性,设计了硬管和软管配合使用的排布方式,并采取设置护板、中空部件内部走线、绕后处理等方式来降低液压管线的暴露程度。利用三维布管软件Routing对水下连接器的液压管线进行了建模,证明了所设计的液压管线排布方式的可行性。     

被动补偿装置控制系统关键技术研究及应用

为减轻深海钻井作业中钻柱随波浪产生的升沉运动对水下工作设备下放、作业和回收产生的影响,使钻具能够在比较恒定的钻压下正常作业,研制了DC40/60-Y型被动式钻柱升沉补偿装置。该装置搭建了一套基于Profibus-DP网络的现场设备层到控制层的分布式控制系统,采用CPU+ET200M的主从控制模式,完成数据的实时交换,实现了升沉补偿系统智能化司钻操作,不仅可使全套钻具在钻进时不受海洋波浪升沉影响,还可以减缓平台运动对水下工作设备的影响,解决了水下设备准确下放的技术问题。现场试验结果表明,该装置可实现最大补偿载荷为400kN,最大静载荷为600 kN,最大补偿行程为3 m,最大补偿速度为1 m/s;其配套的电控系统操作简单方便,通信安全可靠,适应能力强。研究成果可为海洋钻井生产提供技术参考。     

橇装式拆装系统的研制

为解决随钻测量装备现场维修问题,研制了橇装式拆装系统。该系统主要由液压源、控制箱、链钳及支架、工具房等组成,液压源为系统提供压力,控制箱用于整个系统的控制及温度报警的指示,链钳及支架是零件拆装的执行部分,工具房用于安装液压源、控制箱、供油管线等。对弹簧和上/卸扣进行了设计,计算了弹簧的力学参数和尺寸参数,对上/卸扣力和压强进行了计算。设计的拆装系统结构紧凑,外形小巧轻便,操作简单,在手动操作的基础上,增加了PLC系统,减轻了工人的劳动强度。     

水下防喷器疲劳寿命分析及判废研究

目前,国内尚无针对水下防喷器专用的判废标准,采用通用判废指标对其进行判废,适用性较差。在分析国内外井控装备判废标准的基础上,确定了年限和承压次数为防喷器的主要判废指标。通过防喷器壳体的强度分析,基于材料的S-N疲劳曲线法,计算防喷器壳体疲劳寿命; 应用Paris公式对含裂纹缺陷防喷器壳体疲劳寿命进行分析。结果表明:防喷器壳体在额定工况下及试验工况下满足强度要求; 以疲劳理论计算出额定工作压力工况下的防喷器的承压循环次数及工作年限远大于标准中要求的指标; 含有初始裂纹防喷器壳体的疲劳寿命远小于未含有裂纹的壳体疲劳寿命,且随着初始裂纹尺寸的增加,防喷器壳体的疲劳寿命逐渐降低。通过对防喷器壳体进行疲劳寿命分析,为水下防喷器判废研究提供了一种新思路。     

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。     

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。     

渤海某油田透平发电机组供气流程优化与效果分析

渤海某油田燃料气处理系统为透平发电机组提供燃料气,为了提高供气稳定性,通过优化流程运行参数,提高海管运行压力,调整流程控制模式,升级应急处置程序,成功实现了在不影响富余气外输的前提下,利用天然气海管为主机燃料气扩容增储的目的,延长了应急工况下透平发电机组燃气模式运行时间,降低了透平发电机组的燃油费用和油田发生非计划性关停的风险。     

深水钻井用旋转分隔器及其设计计算

为解决在海洋超深水钻井过程中遇到的一系列问题,石油工业提出了海底钻井液举升钻井(SMD)技术。SMD技术是用于深水和超深水钻井的新技术,采用该技术需要设计研发新的钻井设备。鉴于此,着重阐述了SMD系统关键设备之一的海底分隔器(SRD)的工作原理,对其结构进行了分析并建立了三维模型,给出了关键部件的强度校核公式。海底分隔器的设计计算为海底旋转分隔器的样机制造提供了理论基础。     

基于ASME规范的水下高承压壳体结构设计

基于ASMEVIII-2,对于用于深水的水下高承压壳体结构的设计进行了研究。介绍了材料的选择方法及利用按规则设计方法进行设计的具体步骤,得到了仅受横向外压时不同厚度壳体的许用外压,对受轴向和环向组合应力工况下的壳体进行了校核,得到了许用压缩应力。建立了水下承压壳体结构的有限元实体模型,利用ASMEVIII-2中的按分析设计方法进行了弹塑性分析,得到了破坏极限压力和许用外压,数值计算结果和理论计算结果相近,表明该结构设计合理,满足使用要求。     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

南海超深水井口系统切割回收技术研究与应用

随着海洋石油勘探开发向深水区迈进,超深水探井的弃井作业也随之而来。分析了超深水水下井口系统切割回收技术难点,设计了切割钻具组合,研发了国产化的外悬挂螺杆动力水下井口系统切割回收工具,并对重要作业参数进行匹配研究。在水深1 901 m的YL8-1-2井作业,仅用11 h完成了508 mm×914.4 mm(20英寸×36英寸)水下井口的切割,并顺利回收。可为我国海洋石油相关作业向深水进军提供借鉴。     

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。