水下井口连接器密封性能影响因素分析与优化

水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX钢圈密封性能的影响,运用ABAQUS软件分析了井口连接器在预紧和内压工况下的密封性能,探究了预紧力、介质压力、密封圈材料性能和结构参数对其接触应力的影响规律。研究结果表明：轴向预紧力是影响连接器密封性能的重要因素,在保证连接器结构强度下应尽量增大预紧力;随着内压的增大,上密封面的接触应力增加,趋势与下密封面相比较增加速率变低,且下密封面接触应力大于上密封面;316L不锈钢满足密封准则,用其作为密封圈材料更为经济;最优密封锥面锥角α为22.75°,最优密封面宽度b₀为28mm。所得结论可为其他类型水下井口连接器的密封结构设计提供依据。     

水下卧式采油树静水压试验装置设计

基于水下卧式采油树使用工况和结构特点,确定了水下采油树静水压试验方案,完成了水下卧式采油树静水压试验装置设计和关键结构设计,在此基础上拓展了试验装置的功能和用途。该试验装置具备采油树静水压试验时所需的连接、密封、承载等功能,装置中螺纹式连接接头可用于金属密封垫环预紧力的测试,建立的金属密封垫环工作内压与预紧力之间的对应关系可用于研究海洋水下设备之间金属密封垫环的连接、挤压、变形和密封等问题,从而为现场使用提供参考依据。     

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。     

深水水下井口系统疲劳监测损伤评估研究进展

水下井口系统在钻完井和修井等连接作业过程中，受到波浪和海流引起的隔水管振动、平台运动以及作业性动载荷等传递而来的循环载荷作用，这些循环载荷使水下井口产生循环弯矩，导致水下井口疲劳损伤不断累积。为了促进深水水下井口系统技术进步，提高水下井口系统的安全利用水平，总结了深水水下井口系统特点，调研了水下井口在南海的应用现状和前景；分析了水下井口在损伤预测、疲劳监测、多源监测数据融合处理等疲劳损伤评估研究中的进展；总结了水下井口疲劳损伤评估研究难点，最后提出了水下井口疲劳损伤评估技术的发展方向及研究建议。水下井口疲劳损伤评估研究难点是水下井口疲劳监测水池试验待开展、缺乏多源监测数据融合的水下井口修正有限元模型。所得结论可为水下井口系统技术发展及深海应用提供参考。     

浅水水下井口装备与水下作业技术研究

渤海海域油气田开发受到用海矛盾的影响,大量的探明储量无法动用~([1])。随着渤海油田提出稳产的发展规划,增储上产迫在眉睫。水下井口钻完井和开发技术是解决渤海受限区的有效手段~([2])。笔者从浅水水下装备技术现状入手,对不同类型的浅水水下井口和采油树装备进行对比分析,并系统梳理不同作业形式的水下井口钻完井工艺和作业程序,从作业和设备两个方面计算了浅水水下井口钻采装备的综合成本。从作业安全便捷、节省投资、智能油田开发和未来市场前景等角度推荐了适合浅水海域特点的水下装备,可为后续渤海受限油气田和浅水海域油气田的开发和水下钻完井方案提供技术基础和参考。     

海上模块钻机新型作业模式的创新与实践

为了克服海上模块钻机在传统作业模式中建造费用高、周期长、设备及人员需要磨合期和作业管理难度大等诸多难题,需要探索一种新型作业模式。通过合理分配人员和设备资源,模块钻机建造阶段钻完井方提前介入调试,对设备进行最大限度的国产化,充分协调钻完井方、采油方和修井方之间的关系,提出并实践了一种新型作业模式,提高作业效率的同时更好地发挥了现有设备的价值。应用此模式可以在共用钻井支持模块（DSM）的平台实现钻完井和修井同时作业,互不干扰,提高作业效率。经过渤中28油田某平台的现场应用,该模式发挥了目前已有设备价值,使平台整体建造费用大幅降低,现场修理比率控制在较低水平,钻完井和修井作业可同时进行。     

TLP干式钻完井技术特点分析

TLP使得干式井口在深水的应用成为可能,与常规的深水开发模式水下井口相比,TLP降低了钻完井作业的难度和费用,尤其在后期修井和调整井作业时,能够大大降低项目的投资,经济效益明显。TLP目前在墨西哥湾、北海及印度尼西亚深水油气田均有采用。目前针对TLP的钻完井设计和作业程序国内开展研究较少,制约了深水油气田开发前期方案设计工作的开展。因此,重点介绍了TLP对钻完井程序的影响;对于不同的平台钻机配置,总结了TLP的钻完井程序;提出了钻完井设计和作业过程中,TLP对回接套管、升沉补偿等问题的要求,分析了与常规深水湿式井口的温度剖面差异,为开展TLP钻完井技术研究和前期方案设计提供参考。     

钻油管钻完井条件下采气井口装置冲蚀及优化

氮气钻井技术已经从低压、低渗储层拓展到高产储层,为保障钻完井过程的井控安全,某油田采用了钻完井一体化井口装置以及钻油管技术。由于钻完井过程中气体流量大,容易导致采气井口装置被严重冲蚀,诱发事故。基于冲蚀损伤理论,确定气相临界速度冲蚀评价标准,采用CFD方法研究采气井口装置在高速气流下的冲蚀损伤情况,并通过风险评估,提出适合高产储层氮气钻井技术的钻完井一体化投产采气井口装置优化方案。研究表明:整体式Y型采油树受气体冲蚀的作用最小、采气能力最强,适用于高产气井;套管环空采气井口装置是在突遇高产气流或其他特殊工况下采用的一种应急装备。     

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。     

水下井口及配套工具压力测试工装设计与分析

水下井口是深水油气钻井作业的关键装备,承受复杂多变的内压和外部载荷。目前,主要通过理论分析和数值模拟的方法,对水下井口进行强度分析。但缺乏水下井口压力测试的专用测试工装,无法真实反映水下井口系统及其配套工具承压作业时的安全性。针对此问题,本文考虑水下井口系统作业过程中的不同作业工况,针对水下井口不同作业阶段的内压载荷,分别设计了相应的专用测试工装。为保证工装结构的测试稳定性,采用有限元分析方法,建立测试工装有限元模型,开展了不同测试载荷下工装结构的力学响应分析。分析结果表明,水下井口专用测试工装能够开展不同作业阶段的承压能力测试,在测试过程中,工装结构各部件应力均未超出材料屈服强度。本研究可为水下井口测试工装的结构设计和优化分析提供技术支持。