深水钻井送入管柱技术及其发展趋势

为解决深水钻井送入管柱设计及选型设计的问题,对深水表层钻井中送入管柱的负载力学特性及其在作业中遇到的问题进行了研究,建立了送入管柱设计计算力学模型,并结合实钻井进行了模型应用分析.实例计算结果表明,相对于其他设计方法,用推荐的卡瓦挤毁修正模型计算的φ168.2 mm和φ149.2 mm送入管柱的最大拉伸载荷分别为3 234和3 136 kN,与最大许用拉伸载荷最为接近,反之说明用该方法设计出的送入管柱更加安全;用建立的极限拉伸载荷模型计算出在处理导管下沉时φ168.2 mm和φ149.2 mm送入管柱的安全系数分别是1.37和1.26,均满足最小安全系数1.10的要求,且送入管柱尺寸越大,安全余量和安全系数越高;而普通钻杆无法满足安全作业要求.研究结果表明,深水送入管柱设计必须综合考虑卡瓦挤毁和导管下沉复杂情况处理过程中管柱承受极限拉伸载荷两方面的因素,确保送入管柱在作业过程中的安全性.      

深水钻井送入管柱卡瓦挤毁载荷模型研究

针对深水钻井中容易发生卡瓦挤毁送入管柱的问题,详细分析了管柱-卡瓦之间相互作用的机理,利用厚壁圆筒理论等相关力学理论建立了计算卡瓦挤毁载荷的新模型,并进行了模型验证和实例计算,结果表明本文建立的新模型可作为深水钻井送入管柱设计校核的依据,所计算出的送入管柱的作业窗口可以为现场应急事故处理提供指导,从而保障深水钻井作业的安全。     

深水送入管柱导向系统力学性能及影响因素分析

根据深水送入管柱导向下入的作业特点,考虑复杂海洋环境载荷影响及多点约束特征,建立了深水送入管柱-导向环-导向绳的耦合动力学分析模型,并对送入管柱、导向绳的力学性能参数及影响规律开展了研究。以我国南海流花区自营深水井X井为例进行计算分析,结果表明:送入管柱的等效应力自上而下呈现逐渐减小的趋势,X井送入管柱的力学性能满足作业要求;导向系统对送入管柱的横向位移有较强的约束作用,送入管柱顶端和导向环作用区域出现应力突变的现象;导向环数量和导向绳预张力的增加有利于控制送入管柱的横向位移和回接连接器切入角,降低送入管柱的应力水平,提高导向下入过程的安全等级。本文研究成果可为深水送入管柱导向下入的安全作业提供参考。     

深水钻井作业管柱纵向振动载荷分析

深水钻井作业过程中,管柱在平台升沉振动的作用下产生纵向振动载荷,影响管柱的强度安全。以深水下表层套管作业管柱为例,建立了具有复杂结构的深水作业管柱纵向振动力学模型,并利用振动力学理论分析了管柱的纵向自由振动特性及纵向受迫振动载荷。分析结果表明,在平台升沉振动的作用下,作业管柱的纵向振动以第1阶振型为主;管柱顶端截面上的纵向振动载荷最大,是作业管柱上的危险截面;当钻井平台的升沉振动周期接近作业管柱的固有周期时,将产生极大的纵向振动载荷;当表层套管下入深度较大时,采用壁厚大的钻杆作为送入管柱能有效降低管柱纵向振动所产生的轴向应力。该项研究结果可为深水钻柱和送入管柱的设计提供依据。     

深水送入管柱导向系统力学性能及影响因素分析北大核心CSCD

根据深水送入管柱导向下入的作业特点,考虑复杂海洋环境载荷影响及多点约束特征,建立了深水送入管柱-导向环-导向绳的耦合动力学分析模型,并对送入管柱、导向绳的力学性能参数及影响规律开展了研究。以我国南海流花区自营深水井X井为例进行计算分析,结果表明:送入管柱的等效应力自上而下呈现逐渐减小的趋势,X井送入管柱的力学性能满足作业要求;导向系统对送入管柱的横向位移有较强的约束作用,送入管柱顶端和导向环作用区域出现应力突变的现象;导向环数量和导向绳预张力的增加有利于控制送入管柱的横向位移和回接连接器切入角,降低送入管柱的应力水平,提高导向下入过程的安全等级。本文研究成果可为深水送入管柱导向下入的安全作业提供参考。     

深水钻井管柱系统动力学分析与设计方法研究

深水钻井过程中,从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦,呈现出接触非线性特征。为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性,将其简化为管中管结构,并提出了对应的管柱动力学模型。采用Abaqus有限元软件,对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟,并将模拟结果导入Isight优化软件,进行基于可靠度分析的多目标优化设计,确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合。研究发现,相比于单独考虑隔水管的模型,提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小,说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用;此外,提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法,可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题。      

深水钻井隔水管与地层管柱耦合力学分析

在深水钻井作业过程中,隔水管的安全对整个钻井过程至关重要。为了研究钻井系统在复杂海洋环境以及海底地质条件下的力学行为,综合考虑了海流载荷、海底地基反力、张紧力以及平台偏移量等因素,建立了隔水管与井口系统耦合的力学模型。采用解析法和有限元法结合,对力学模型进行了求解,并分析了张紧力和平台偏移量对隔水管和地层组合管柱力学行为的影响。分析结果表明:随着平台偏移量的增大,隔水管与地层组合管柱的横向位移相应增大;增加张紧力可以减小隔水管和地层组合管柱的横向位移和截面弯矩,有利于隔水管的稳定。研究结果对深水隔水管钻井作业具有指导意义。     

高压注水管柱受力分析

进行高压注水管柱受力分析的目的就是根据注水条件研究注水管柱在不同过程中的各类效应，以及这些效应对管柱产生的受力和变形规律，从而明确注水管柱的工作状态，保障注水管柱有效合理地工作。较详细地分析了高压注水管柱在锚定、坐封以及注水3个过程中的受力状态和变形情况，并分析了高压注水管柱在不同过程中受到的各种效应的影响，推导出注水管柱在不同过程中的应力及变形的计算公式，并给出了算例。     

分层注水管柱轴向位移分析

为了确定注水作业中封隔器的坐标位置,要精确计算在不同工况下注水管柱轴向位移量。应综合考虑地层压力、温度、注水流速等因素,分析计算不同因素影响下管柱轴向伸长量。结果表明,高温、高压、深井、注水流速高都会给管柱伸长量以明显影响。     

中深井作业管柱受力分析

近几年，在油田勘探开发工作中，中深井较多，中深井在井下作用时有很多复杂因素，与渚井相比是不容忽视的，具有一定的特点。本文提出了中深井井下作业施工时应注意的几个问题，对这些问题进行了理论分析，讨论并提出了解决这些问题的方法。     

不能移动封隔器管柱变形受力分析——封隔器管柱受力分析系统讨论之五

不能移动封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种常见类型 ,在井内压力、温度、流体 (井内压力、温度、流体简称井内条件 ,下同 )发生变化时 ,不能移动封隔器管柱受力分析是保证井下安全和完井作业成功的关键 ,同时该管柱受力分析与自由移动封隔器管柱受力分析有很大的差别。文中对不能移动封隔器管柱变形受力的有关问题进行了分析、推导和讨论 ,并给出了算例。     

海洋深水钻井隔水管系统动力特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备,文中利用描述隔水管运动的四阶非线性偏微分方程,应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析,考虑了顶张力和浮力块以及其他因素对隔水管的影响,并编制了相应的计算软件。文中所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点,能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导,具有较好的应用价值。     

水力活塞泵采油管柱受力分析

针对我国油田水力活塞泵采油井完井管柱存在弯曲，导致水力活塞泵故障率增高的状况，提出了运用钻柱弯曲理论与计算公式进行处理采油管柱的方法。给出了水力活塞泵采油井完井采用压重式封隔器坐封的最小坐封力、中和点、产生弯曲的各种轴向力和弯曲形成后的螺距等参数的计算公式，并进行了实例计算。     

初始管柱压缩量计算分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之三

初始油管压缩量计算,是某些封隔器管柱受力分析计算的重要参数,它不仅能够对封隔器坐封时现场施工提供指导,而且还是后续施工或完井过程中计算管柱的受力和变形的基础,文中对初始管柱压缩量计算公式进行了推导和分析,并给出了算例,现场应用表明,经典方法的误差比文中介绍了的方法的误差大得多。     

水平井管柱空间受力分析及迭代计算

在分析水平井管柱空间受力平衡的基础上, 考虑了管柱刚度附加的接触力与曲率半径的三次方成反比以及管柱末端效应对轴向力和法向力的影响, 采用迭代计算方法, 建立了水平井管柱空间受力的三维求解模型。利用这种模型, 对现场一水平井的管柱受力特性进行了计算, 结果表明, 迭代计算方法可以简化空间问题, 便于计算机处理数据, 比平面分析方法更为有效, 为合理选用水平井管柱提供了依据。     

玻璃钢注水管柱螺纹接头受力分析研究

玻璃钢油管作为注水管柱可以有效解决由于注水水质不达标等问题造成的腐蚀结垢,进而延长注水管柱使用周期。但由于受到注水系统压力波动等影响造成玻璃钢油管丝扣承受着复杂的交变载荷,现场使用过程中出现螺纹脱扣失效的问题时有发生。为此主要采用弹塑性有限元元法建立了玻璃钢油管接头接触问题的有限元模型,利用Abaqus有限元分析软件,对玻璃钢螺纹联接处在不同工况下的等效应力、等效应变和接触应力进行了分析研究。为玻璃钢油管的质量检测和油管失效断裂分析提供了一定的理论依据。     

下放或回收作业状态下超深水钻井隔水管轴向动力分析

以水深1 828.8 m的超深水钻井隔水管为例,对下放或回收作业状态下隔水管的轴向动力进行了分析,研究了不同浮力块配置下隔水管轴向张力波动特性,并推荐了适当的浮力块配置,所得结论对于超深水钻井隔水管的结构设计具有参考意义.     

轴向载荷对海洋深水钻井隔水管力学特性的影响分析

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,隔水管及底部球接头静态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等特点,引入了非线性理论,其计算结果更加符合实际情况。海洋深水钻井隔水管的轴向载荷对其力学特性有显著的影响,因此．在实际钻井作业过程中,隔水管顶部应保持足够的张力,避免隔水管处于受压状态。     

深水表层连续钻进送入工具关键部件力学分析

深水表层连续钻进送入工具(Cam Actuated Drill-Ahead, CADA)是表层导管喷射安装过程中的核心工具,其安全可靠性对于确保深水导管喷射安装顺利进行具有重要意义。介绍了CADA工具的结构组成和作业原理。针对CADA工具在服役过程中的作业流程与所受载荷,对CADA关键部件的力学特性进行数值模拟分析和参数敏感性讨论。结果表明:在CADA工作过程中,锁环Von Mises应力最大值出现在开口斜后方约45°的齿端部; 凸轮筒螺纹Von Mises应力最大值出现在其与芯轴衬套接触最上端螺纹的根部,该应力值随凸轮筒运动先增大后减小,且与凸轮筒所受轴向力存在较强的线性关系; 密封部件Von Mises应力的最大值随水深增加逐渐增大; 密封圈密封性能随橡胶预压缩量增大呈现先增大后减小的趋势。研究结果对CADA的优化设计具有指导意义。