深水钻井水下防喷器组配置选型研究

深水防喷器组是保障深水钻井作业安全的重要装置,与陆地相比其配置有所不同,因此有必要开展该方面的研究,以便为我国开展深水钻井作业设计提供有价值的指导。参阅了国外深水钻井作业实践和相关资料,并统计了全球最大的深水钻井承包商Transocean公司典型深水钻井船的防喷器组配置情况。在此基础上给出了不同水深时深水防喷器组的推荐配置,包括压力级别、配置方式、质量和高度等,可以作为深水钻井防喷器组配置的参考。     

深水钻井防喷器选配关键因素分析

深水钻井防喷器组是保证海洋深水钻井安全的最关键设备。介绍了深水钻井防喷器组的基本配置方法,分析了防喷器组配置的关键因素,重点研究了闸板数量和类型、防喷器高度和压力等级、节流压井管线、蓄能器能力与辅助控制系统等。最后指出,应确保所有剪切闸板具有剪切特定钻杆及套管的能力,测试闸板和管子闸板不可混用,万能防喷器可考虑只采用1个;应确保ROV动作满足规范规定的响应时间要求,不推荐声纳辅助控制系统,应对新增辅助控制系统进行风险分析,以确保设计能兼容并能实现相应的功能;合适的防喷器配置有助于保证深水钻井安全,应该针对具体情况,制定统一的深水防喷器闸板和辅助控制系统配置标准规范。     

超深水防喷器组及其控制系统配置探讨

超深水海域海洋环境极其复杂,对保证钻井安全的防喷器组及其控制系统的要求非常高。针对目前超深水防喷器组及控制系统没有统一的配置规范与标准和我国该方面产品研发及配置尚处于起始阶段的现状,提出了一种比较合理的防喷器组及控制系统配置方案。分析该方案中防喷器组中各种防喷器的功能和作用及控制系统的控制方法和特点,发现该方案与现行技术标准及HYSY981超深水钻井装置的防喷器组及其控制系统的配置方案相比,提高了对剪切防喷器的要求,并将备用控制系统和特殊控制系统作为了必配项目,超深水钻井作业的安全性和可靠性明显增强。      

深水防喷器组控制系统的模拟分析

深水防喷器组的各项功能的检验,若开展前期试验研究,成本高昂,某些极端工况无法开展试验。为此,利用SimulationX系统仿真软件,建立了水下防喷器组及控制系统的仿真模型。该模型考虑到长距离水下输运管道,能够计算管道的非线性体积膨胀,精确模拟液体长距离传输过程中的压力损失。对防喷器组在不同操作顺序下的封井过程进行了仿真,仿真结果表明,在1 500 m水深下,环形防喷器和闸板防喷器的关闭时间与平台实测值非常接近,符合API的设计规范,模型具有较高的仿真精度。仿真结果对于国内深水防喷器组的研制有重要意义。     

水下防喷器组控制系统深水模拟试验装置研制

防喷器组控制系统在深水环境的工作可靠性一直是海洋钻井业高度关注的问题。研制了用于水下防喷器组控制系统及其阀件功能测试和可靠性研究的深水模拟试验装置,包括模拟3 000m水深的大型高压舱,用于控制系统原理样机的深水模拟试验;模拟4 200m水深的小型高压舱,用于深水电磁阀和深水液压阀的深水功能试验和寿命试验。介绍了该试验装置的液控系统、电控系统、水下监控系统的设计原理。试验结果表明:该试验装置能够满足深水防喷器组控制系统的测试要求。     

连续循环钻井系统防喷器组的研制

连续循环钻井技术是近年来出现的一项新技术,该技术能够实现接单根或立柱期间钻井液的连续循环。钻井液的连续循环是通过一组防喷器组成的密闭腔内对不同闸板腔的开启和关闭来实现。通过对连续循环钻井过程中防喷器组工况的分析,结合常规钻井防喷器的特点,确定了该防喷器组的整体结构形式,介绍了防喷器无侧门螺栓连接结构的设计、耐磨前密封的设计、试制和试验、卡瓦闸板的设计、闸板开关状态检测装置的设计情况以及整机样机制造及现场试验情况。现场试验表明,该防喷器组的设计基本达到了预期的目标。最后根据连续循环系统现场试验情况提出了下一步的改进方向。     

深水防喷器控制系统换向阀可靠性试验研究

研究深水防喷器控制系统换向阀的可靠性对海洋钻井安全具有十分重要的意义。通常,一个阀件的失效可能会导致系统故障,带来无法估量的损失。参照相关标准制订了可靠性试验方案、故障判定和统计原则,对随机抽取的12台换向阀进行了模拟真实工作环境的试验。对换向阀失效模式及寿命次数进行了统计分析,得出了换向阀可以达到预期平均无故障工作时间的结论。为深水防喷器控制系统的国产化和工程应用奠定基础。     

深水半潜式平台BOP与采油树处理设备

鉴于我国还没有开展深水半潜式平台BOP与采油树处理设备的研发工作,国内相关文献也很少,对该设备进行了先期技术调研。介绍了常用的深水半潜式平台BOP与采油树处理设备配套形式,阐述了配套设备的作业流程以及关键部件的结构特点。结合国外设备的发展趋势,提出了开发设计应具备易于维修保养、结构紧凑、具备报警和紧急制动功能,加快系统配套研究等国产化发展建议,以期为我国早日开发出具有自主知识产权的半潜式平台BOP与采油树处理设备提供帮助。     

基于动态贝叶斯网络的深水防喷器可靠性研究

研究深水闸板防喷器系统的可靠性具有十分重要的意义。为此,将深水闸板防喷器故障树模型转换为静态贝叶斯网络模型,再经时序扩展得到其动态贝叶斯网络模型。利用BNT和GraphViz4Matlab软件包对动态贝叶斯网络进行建模和推理分析,得出如下结论:①在400周内,深水闸板防喷器的可靠性随时间的延长逐渐下降,在第400周时趋近于0;②深水闸板防喷器的可靠性随基本事件节点退化导致失效的概率DS1和DS2的增大而下降,且DS1的影响大于DS2;③研究的4个基本事件退化导致的失效概率对系统可靠性的影响程度从大到小依次为PILFC、YPFMR、ELYCFH和LCFLYP。因此,在实际可靠性设计和评估中应根据基本事件对系统可靠性的影响大小给予不同程度的重视。     

风载对连续管作业防喷器组合法兰密封性的影响

我国西部油田风沙活动对连续管测井中地面防喷装置法兰密封性能影响很大。为此,建立了防喷器组合底部法兰、密封垫环和连接螺栓的全结构有限元计算模型。应用该模型分析了连续管作业工况下多种风载对法兰连接密封性能和螺栓强度的影响,同时对比分析了防喷器组合有无支架支撑时的密封状态以及连接螺栓的应力水平。计算分析结果表明,在6级以上风载作用时,防喷器组合必须采用支撑装置,并通过计算求得支架支撑情况下的极限弯曲曲率,为施工过程中支架刚度的选择提供了参考。     

深水防喷器控制系统试验样机研制

针对深水防喷器组控制系统体积庞大,直接进行整机海试,存在风险高、成本高的问题。通过简化系统结构,保留核心功能,建立缩尺寸试验样机。利用深水高压舱对试验样机进行模拟深水环境试验及可靠性试验,试验结果验证了深水防喷器组控制系统结构的合理性。掌握了关键部件设计加工技术以及相关试验数据,为国内首台电液多路深水防喷器组控制系统的研制奠定基础。     

天然气水合物钻采船BOP移运系统配置方案浅析

简要介绍国内3个比较典型深海浮式钻井平台BOP移运系统的系统组成、布置及系统工作流程,总结BOP移运系统布置的影响因素。引申出适合某新型天然气水合物钻采船的BOP移运系统。     

深水钻井井身结构设计方法

深水钻井导管常采取喷射下入方式,表层套管井段为开眼循环钻进,浅部地层破裂压力梯度低,地层压力信息具有较大的不确定性。因此,其井身结构在套管层次、尺寸和设计方法上,与浅水及陆地钻井有着较大区别。在对目前深水钻井井身结构调研的基础上,重点从深水钻井水下井口力学分析及导管下入深度确定方法、表层套管下入深度确定方法、压力信息不确定条件下的套管层次及下入深度确定方法等三个方面,对深水钻井井身结构设计方法进行了阐述,并在此基础上探讨了深水钻井井身结构设计方法的下一步研究内容。