深水钻井动力定位平台允许漂移范围分析

目前深水钻井动力定位平台允许漂移范围计算需委托国外专业公司分析,且计算过程保密、结果考虑不全面,在分析了南海深水钻井动力定位平台作业风险和平台漂移警戒区划分的基础上,基于深水钻井平台隔水管系统挠性接头和伸缩节物理极限、平台应急解脱程序和作业经验分析,建立了深水钻井动力定位平台允许漂移范围实用计算方法,该方法可对平台极限解脱、红圈、黄圈和绿圈允许漂移范围进行全面的计算,已在国内外多个深水钻井平台数十口深水井得到了成功应用,保证了深水钻井动力定位平台的作业安全。     

深水钻井动力定位平台应急解脱范围分析

深水钻井动力定位平台在推进器由于失电或自然环境恶劣且超过其能力的情况下,会失去对位置的控制而产生漂移,对正常钻井作业产生重大的影响。基于深水钻井平台隔水管系统挠性接头和伸缩节冲程、隔水管连接器解锁角度、平台应急解脱程序和作业经验,建立了深水钻井动力定位平台应急解脱允许漂移范围的系统计算流程,针对目标平台(1 500 m作业水深的DP3钻井平台)使用ABAQUS软件对LMRP及下BOP组进行建模,并进行了不同工况下的动态分析,结果表明:目标平台在过提711 kN情况下LMRP倾斜6°可完成解锁;在应急解脱前,可用的解脱时间随着蒲福氏等级的增大与水深的减小而降低,海流流速与蒲福等级对平台漂移产生的影响规律相似,海流流速对平台漂移产生的影响较小。     

海洋动力定位钻井平台失控漂移的安全应急处置对策

动力定位钻井平台虽已逐步广泛应用于深水和超深水油气资源的勘探开发,但由于其面临着非常复杂的环境工况和各种复杂因素的挑战,ＤＰ定位系统可能出现失控漂移的应急状况。一旦发生ＤＰ定位失控漂移,对平台的安全生产作业将造成严重的威胁,倘若处理不当或处理不及时,将可能导致巨大的财产损失甚至还会出现海洋环境污染事故。针对ＤＰ定位出现失控漂移的工况采取有效的安全应急解脱方法来减少和避免直接损失,这是目前采用的主要控制手段。为此,主要从ＤＰ定位钻井平台各种失控漂移工况并结合现场安全应急实践经验来研究ＤＰ定位钻井平台发生失控漂移时的应急处置对策,对现场管理者和操作者进行正确而有效的应急处置将可以最大限度的减少各种损失甚至可以避免巨大的直接损失。     

钻井船漂移状态下隔水管-井口系统安全分析

常规钻井平台位置警戒圈根据隔水管的静态分析方法确定,无法考虑风、浪、流等载荷作用下平台的运动轨迹,也不能确定平台达到极限位置的时间,存在一定的局限性。为此,建立了基于钻井平台-隔水管-水下井口系统的动态耦合方法,采用FLEXCOM软件建立了钻井平台漂移分析的有限元模型,得出平台动态漂移轨迹与漂移情况下隔水管-井口系统的载荷状态,并结合平台应急解脱作业的响应时间,提出了钻井船允许的漂移时间和漂移距离的计算方法。分析结果表明:漂移分析模型综合考虑了风、浪、流等载荷的影响,能够动态预测平台动力定位失效情况下钻井船的漂移轨迹;在隔水管-井口系统的选型设计时,要针对具体井开展漂移分析计算,根据计算结果评估漂移时间和距离是否满足平台响应的时间要求,根据分析确定限制因素,针对性地采取强化措施。所得结论对于保证深水钻井隔水管系统和水下井口系统的完整性具有重要意义。     

台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

南海台风活动频繁,严重影响着锚泊定位半潜式钻井平台的作业安全。采用水动力学计算软件 ANSYS-AQWA,基于三维势流理论和莫里森方程,建立了平台-锚泊系统耦合动力分析模型,开展了台风作用下的平台漂移分析和锚泊系统安全性评估。分析结果表明:当锚泊系统完整时,平台的平均漂移量与最大漂移量均超出API规定的许用值,需停止钻井作业并准备解脱,但锚链不会发生断裂。如果锚泊系统中安全系数最小的锚链发生断裂,平台的漂移量明显增大,锚泊系统最小安全系数明显减小,局部情况下锚链易相继断裂并造成连锁反应。研究表明,提出的相关方法和得出的结论可为极端天气下锚泊定位浮式装置的安全评估提供参考。      

深水钻井平台动力定位失效风险分析与控制

本文根据动力定位系统的组成,从动力系统、动力定位控制系统与人因三方面对平台动力定位失效风险进行定性分析,建立钻井平台动力定位失效事件树,并基于屏障理论给出了防止钻井平台动力定位失效的三重屏障措施。研究表明,钻井平台动力定位失效原因主要来源于设备失效与人因失效两方面,在提高设备可靠性的基础上,防止动力定位失效后造成严重后果的关键在于提高人的可靠性,防止人因失效的发生。     

超深水半潜式钻井平台动力定位能力分析

对超深水半潜式钻井平台动力定位能力进行分析,引入粒子群优化算法进行推进器推力分配计算,编写动力定位分析程序。以超深水半潜式钻井平台为例,采用挪威-德国船级社ERN计算海况条件并进行动力定位能力分析。计算结果表明,该超深水半潜式钻井平台动力定位能力满足ERN(99,99,99,99)要求,由于推进器布置及系统分割合理,在各单一推进器失效或单组推进器失效情况下,平台的动力定位能力没有明显短板。     

深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限

建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移动力学模型,提出了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限分析方法,并进行了实例分析。分别建立了深水钻井隔水管-井口-导管耦合系统分析模型及平台漂移动力学分析模型,开发了深水钻井平台漂移动力学求解器。结合实例开展了深水钻井平台-隔水管耦合动力学特性及耦合作用规律分析,阐述了漂移预警界限分析方法。结果表明:平台漂移初始阶段隔水管载荷对平台漂移起促进作用,随着平台漂移位移的增大隔水管逐渐开始抑制平台漂移;平台漂移运动过程中隔水管系统顶部参数响应较快,底部参数响应具有明显的迟滞效应;随着海流流速的增大或水深的减小,深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限减小,应尽早准备和启动隔水管系统底部脱离。     

半潜式钻井平台内波工况定位能力

采用MOSES软件建立动力定位半潜式钻井平台分析模型,在时域内模拟平台在钻井作业过程中遭遇内波作用的耦合动力特性,分析平台在不同流速内波作用下的定位能力,并对动力定位系统的关键因素进行敏感性分析。研究结果显示：在同等环境载荷强度下,平台在船宽方向出现最大偏移;当内波流速小于1.0 m/s时,平台可基本满足钻井作业的定位要求,而当内波流速达2.0 m/s时,平台出现大幅值的水平偏移和倾角,需要解脱隔水管系统;提升推进器推力和增加推力敏感因子都有助于提升平台的抗内波能力,但都无法明显减小平台的水平偏移。因此,在遭遇高流速内波作用时,推荐平台撤离或调整船体首向。     

半潜式钻井平台电气系统设计要点

半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备,电气系统对平台的钻井作业、位置保持、人员生活具有重要作用。该文阐述了半潜式钻井平台电气系统的基本构成,并结合设计案例讨论了设计依据、设计工况、负荷分析、主电源选取、配电系统设计、接地方式、谐波治理与抑制、电气设备布置等方面的问题,同时探讨了动力定位与锚泊定位两种半潜式钻井平台电气系统的主要区别与特点。     

不规则波中动力定位半潜平台慢漂运动研究

基于势流理论,计算了动力定位半潜式平台在不规则波中的慢漂运动响应,应用PID方法计算了平台对动力定位系统的推力需求,对比分析了海况对在纵荡、横荡及首摇三个自由度内的慢漂运动的影响。研究结果显示:平台的慢漂运动幅值与有意波高变化趋势相同,明显受漂移阻尼以及动力定位系统的影响,在各个海况下动力定位系统的需求推力极值远大于平台在该海况下承受的平均漂移力。     

第六代半潜式钻井平台定位能力分析研究

在钻前风险识别阶段,根据南中国海天气海况条件,分析了第六代半潜式钻井平台定位能力。分别针对1年一遇季风、5年一遇台风和10年一遇强台风的情况进行了分析计算。结果表明,推进器辅助模式的锚泊系统能够满足作业条件下的结构强度要求,若要满足最大漂移量为水深的2%要求,则最大允许波高、波速分别为3.82m和11.40m/s。确定第六代半潜式钻井平台适应南中国海天气海况的定位能力,为制定钻井作业的应急反应策略和应对措施提供决策依据。     

考虑内波流影响的南海八号钻井平台锚泊能力分析评估

南海八号钻井平台在我国南海某油田钻井作业时,遭遇了内波流的作用,对平台的锚泊系统和钻井作业产生了一定的影响。结合南海特有的内波流环境条件,分析评估了南海八号钻井平台的锚泊能力。首先对平台的锚泊系统配置、海洋环境进行了介绍,然后就平台原设计环境条件进行了锚泊能力评估,平台水动力计算依据三维势流理论,采用挪威船级社DNV的Hydro D和Deep C软件,对南海八号半潜式钻井平台进行了水动力分析,并建立了平台系统耦合运动空间离散有限元模型的动平衡方程。重点评估了内波流作用下平台的定位能力,分析了平台遭遇不同内波流流速下平台的偏移、锚缆张力、锚的水平载荷,提出了可供平台作业方参考的工程建议。     

浅析半潜式钻井平台的模型试验

半潜式钻井平台具有抗风浪能力强、甲板面积和可变载荷大、适应水深范围广、钻机能力强和具有多种作业功能等特点。但由于其所处的海洋作业环境和地质条件恶劣,浮式生产系统技术复杂、投资巨大、风险极高。因此,如何正确地获得其在严酷海洋环境下的运动、受力以及甲板是否上浪等技术性能十分重要,这些性能参数是决定和设计半潜式钻井平台结构、总体布置及其动力定位、系泊系统等相关系统的重要依据。本论文通过对水池模型试验数据进行分析分析,确定该船型在一定的环境条件下的水动力数据、运动响应、定位等数据是否满足设计要求。     

南海深水钻井平台锚泊系统预张力优选研究

根据不同工况对锚泊系统的不同要求,确定锚泊系统性能优化的设计变量、优化目标和约束条件等。以南海某深水半潜式钻井平台为例,采用ANSYS-AQWA软件建立平台-锚泊系统动力耦合分析模型,根据现场环境载荷划分工况,并采用AQWA-DRIFT模块进行时域分析,得到各个方向上平台的最大漂移量、平均漂移量及系泊线最小安全系数等结果。基于作业工况安全作业窗口最大的优化要求,以及现场对平台漂移量和系泊线安全性能要求的优先级顺序,确定作业工况下的最优预张力范围;选取某极限工况,基于极限工况系泊线安全系数最大的优化要求,确定极限工况最优预张力范围。     

深水钻井装置浅水区动力定位方式风险研究

当今世界上先进的深水钻完井装置具有锚泊及动力定位2种方式作业能力,业内推荐做法为水深小于1 500 m都可以使用锚泊方式定位,对于动力定位方式在浅水区的适应性和风险则缺少分析。通过对动力定位方式的原理及其漂移限制进行论述,包括了浅水定位的理论限制以及规避风险的措施,提出如何设定观察圈范围及浅水作业使用动力定位方式时应考虑因素、作业风险及应对措施,除了环境及深水钻井装置应急解脱时间影响因素外,还将考虑隔水管系统极限、水下井口和结构套管强度、通讯系统、定位传感器系统等影响因素,应对措施包括井口设备选择、隔水管系统分析、人员交流培训和使用者和承包商协议等,对浅水区使用定位方式作业有一定的指导意义。     

深水钻井平台与分段组合锚泊系统耦合分析

由于水深的增加,在风浪流载荷作用下,采用分段组合锚泊系统定位,平台移动范围可能超过安全作业区域范围,极易导致钻井隔水管破坏,从而影响钻井平台正常作业。采用分段组合锚泊设计系统,考虑了钻井平台与锚泊的耦合作用,应用AQWA软件建立了981深水半潜式平台三维水动力模型。在此基础上,以南海风、浪、流载荷为背景,在不同锚泊系统顶部倾角情况下,分析锚泊线的张力和平台的偏移量。分析结果表明,在百年一遇的极端载荷下,半潜式钻井装置的锚泊线安全系数为1.73,大于API标准1.67且锚泊线张力值小于破断载荷,平台在水平面的最大偏移值超过了正常作业区域,但还在最大连接工况10%范围及最大自存工况范围内。在此锚泊系统的作用下,钻井装置在1 500 m水深时能在百年一遇的极端天气中生存,其锚泊系统的设计组合合理,满足锚泊线强度及平台定位安全的要求。     

浮式钻井平台升沉运动分析

浮式钻井平台（船）在海上处于漂浮状态时,由于风浪的作用会产生升沉、摇摆、漂移等运动。重点分析了浮式钻井平台（船）的升沉运动特性并建立了运动数学模型,阐述了其对钻井船的影响,找出了钻井船升沉与波高、波浪周期的关系,并通过深水工程勘察船的工程实例对上述理论进行了验证,为浮式平台配套升沉补偿装置的设计提供依据。     

发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战

海洋石油开采的成本随水深的增加而增长。水越深,环境越恶劣,对钻井和采油平台的要求越苛刻。为迎接深水钻井和采油的挑战,20世纪80年代开发出集中海洋结构设计、制造、安装、智能定位、控制、石油开采、检测与安全适时评定等现代高新技术的张力腿平台。阐述了这类平台的结构及特点、研究内容与设计流程,并对张力腿平台最难以解决的动力响应研究进行了分析。张力腿平台满足了深水石油开采的需要,是1829m水深范围内钻井和采油的理想设备。     

台风环境下深水钻井平台失控漂移后果分析及安全屏障研究

我国南海台风频度高、强度大,深水钻井平台存在失控漂移的风险。结合系统动力学方法,从系统角度整体分析平台-隔水管耦合模型在台风下的失控漂移过程,以漂移轨迹为顶部边界条件研究隔水管在不同状态下的力学响应,并利用因果回路图方法探讨防止平台漂移事故升级的各级安全屏障。研究结果表明:深水平台失控漂移轨迹随环境载荷方向变化明显,其中沿x方向漂移量呈现0°≈180°45°≈135°90°的特征,沿y方向漂移量规律相反且整体偏小;底部连接状态下隔水管等效应力大于断开状态,两种状态下隔水管分别在14 s和100 s左右超出应力限制;各级安全屏障存在显著交互关系,影响三级安全屏障性能的主要因素包括人员操作准确性、人员应急响应能力和紧急关断系统可靠性。本文研究结果可为台风下深水钻井安全作业提供理论依据和工程指导。