钻井隔水管接头结构参数对其强度的影响研究

针对深水钻井隔水管快速连接接头在复杂环境载荷作用下容易发生强度破坏的问题,采用ANSYS软件建立了双卡簧式快速连接接头有限元计算模型,并结合隔水管在波流耦合作用下的整体瞬态动力响应结果对其进行强度分析,研究了接头结构参数对其强度的影响规律。分析结果表明,隔水管快速连接接头最大应力出现在外接头和上卡簧接触的下部位置,最大应力可达255 MPa,满足结构强度要求;双卡簧受力情况为上卡簧受力比下卡簧普遍要大,另外,双卡簧在顶部和右下角处容易产生较明显的应力集中现象。左端面倾角、右端面倾角和倒角半径对隔水管接头最大应力的影响非常显著。考虑到实际情况,接头左、右端面倾角最优值分别为50°和15°,而其倒角半径的最优值为2 mm。该分析结果可为深水钻井隔水管快速接头的设计提供参考。     

卡簧式钻井隔水管快速接头力学性能研究

为减少海上钻井作业事故的发生,开展了钻井隔水管快速接头力学性能研究。基于ANSYS建立了卡簧式快速接头抗弯强度计算模型,研究了SR30型快速接头卡簧端面角度、接头有效搭接长度及材质与接头结构极限抗弯承载力的关系。结果表明,卡簧式钻井隔水管快速接头的卡簧左端面对整个接头承载力影响要大于右端面;随着接头有效搭接长度增大,接头极限抗弯承载力明显提高;材质屈服强度越高,极限抗弯承载力越高。计算结果为钻井隔水管快速接头的合理设计提供了理论依据。     

X65海洋隔水管多接头全尺寸疲劳试验研究

与单接头全尺寸疲劳试验相比,隔水管多接头加载段内焊接接头之间焊接残余应力影响大,应力干扰和关联应力效应突出;隔水管接头类型多样化,存在异型管与异型材料的焊接,疲劳特征影响因素多而复杂。针对多接头隔水管刚度大、载荷施加难度大的特点,开展了规格为准323.9 mm×18 mm的X65海洋隔水管多接头四点弯曲+内压全尺寸疲劳试验研究,得到多接头全尺寸疲劳试样在不同应力幅值下的疲劳循环次数,并拟合、绘制出隔水管多接头焊接接头疲劳寿命的P-S-N曲线图。隔水管多接头全尺寸疲劳试验不仅降低了试验周期与成本,提高了试验的置信度水平,还可为后续海洋隔水管的设计、制造、维修和结构承载计算提供技术支撑。     

钻井隔水管动力响应及疲劳损伤分析

钻井隔水管受到环境载荷循环作用,属于动态疲劳敏感结构,其疲劳性能分析成为隔水管设计的难题。对不同海洋环境载荷下的钻井隔水管进行时域非线性动力分析,采用雨流计数法、S-N曲线和Miner线性累计损伤准则建立钻井隔水管的疲劳损伤模型,重点研究了环境参数、隔水管几何尺寸和作业参数对钻井隔水管疲劳损伤的影响规律,并对影响钻井隔水管疲劳损伤的因素进行参数敏感性分析。分析结果表明,海床附近的钻井隔水管疲劳损伤随着土体刚度的增大而减小;适当增大钻井隔水管壁厚可以有效地抑制疲劳损伤;焊接偏心距的增大会明显加重钻井隔水管的疲劳损伤。该项研究结果为钻井隔水管设计和施工操作提供了理论依据。     

深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳分析

波激疲劳是深水钻井隔水管-导管系统最主要的失效模式之一。综合考虑波浪载荷、钻井平台运动和土壤抗力建立了深水钻井隔水管-导管耦合系统波激疲劳分析方法,实例分析了中国南海某井深水钻井隔水管-导管系统波激疲劳寿命,识别出了系统波激疲劳关键部位,并与隔水管常规分析模型的计算结果进行了对比。在此基础上,研究了钻井平台运动幅值、顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度对系统波激疲劳特性的影响。结果表明,常规分析模型将隔水管底部看作固定端导致隔水管波激疲劳损伤过大,而本文提出的隔水管-导管系统分析模型能较好地模拟隔水管实际受力情况;隔水管最大波激疲劳损伤出现在下挠性接头处,导管的最大波激疲劳损伤出现在泥线附近;导管是整个系统中波激疲劳性能最薄弱的环节,适当地减小钻井平台运动幅值、隔水管顶张力、下挠性接头转动刚度和井口出泥高度均能改善导管波激疲劳性能。     

浮力块对深水钻井隔水管主要性能的影响

采用ABAQUS软件对带浮力块的深水钻井隔水管的静态性能进行了分析,定量分析了浮力块直径和长度对隔水管的弯曲应力、横向变形、底部柔性接头转角和等效应力的影响;采用Shear7软件对裸隔水管、浮力块交错分布隔水管和全浮力块隔水管的涡激振动性能进行了分析,定量分析了不同浮力块分布方案下隔水管的固有频率、均方根位移、均方根应力响应以及疲劳损伤。通过增加浮力块的直径和长度增加隔水管的浮力,有助于改善隔水管的各种静态性能,降低对顶张力的要求,但是在下部安装浮力块对隔水管的悬挂、安装及回收不利,因此需要综合考虑。全浮力块分布方案会造成隔水管水动力外径增大,外部流体对隔水管的输入能量会大幅度提高,从而导致隔水管疲劳损伤进一步增加;浮力块交错分布方案可降低隔水管的疲劳损伤,但位移响应偏大;综合考虑推荐采取浮力块交错布置方案。     

深水水上防喷器钻井系统 高压套管隔水管强度分析

深水水上防喷器钻井系统已得到一定程度的现场应用,可节省作业费用。但由于该系统具有采用高压小直径套管代替常规大直径隔水管、防喷器组放置水面以上采用应力短节缓解高压隔水管应力等特点,需要分析高压隔水管的强度。根据材料力学理论,建立了高压隔水管的准静态力学分析模型和内外压力计算模型。通过对高压隔水管的力学性质及内外压强度的分析发现,高压隔水管的下部应力节底部的偏移程度对隔水管的弯曲变形和弯曲应力影响不大;在选择应力节时,上部应力节的转动刚度可以小于下部应力节的转动刚度;在高压隔水管 内压强度设计时应重点考虑高压隔水管接近海面段所受到的等效内压力,在该段提高管材钢级或增大壁厚。     

隔水管快速接头卡簧设计与分析

从快速接头连接过程的角度出发,针对隔水管快速接头的关键部件卡簧,建立卡簧变形与卡簧端面角度及开口角的关系式,采用理论计算与仿真模拟相结合的方法,对卡簧的端面角度及开口角进行了优化。并采用有限元分析软件ABAQUS对所设计的快速接头进行了局部分析和强度校核。分析结果表明,卡簧变形理论值与仿真结果相比误差在10%以内,即在正常使用的卡簧斜面倾角范围内,得到的卡簧变形量计算式能够为卡簧斜面倾角与开口角的合理设计提供理论依据。卡簧变形量与卡簧截面惯性矩有关,卡簧开口角度大小对卡簧变形量的改变影响不大。采用倒圆角的方法,能够很好地解决卡簧结构开口处的应力集中问题,对卡簧的改进具有指导作用。     

隔水管快速接头有限元分析

为加快隔水管海上施工,缩短工程工期,采用快速接头代替焊接来连接各管段。结合葵东井区工程实例,采用计算软件SACS对结构进行整体分析,得出隔水管在风、浪、流和冰作用下的应力。根据计算结果提取隔水管中危险点的内力,采用有限元分析软件ANSYS建立快速接头的有限元模型,进行局部分析和强度校核。     

20”炮栓式隔水导管接头强度校核

为了研究20"炮栓式隔水导管接头的应力分布规律,利用理论计算进行强度校核并验证理论设计的正确性与合理性。利用ANSYS软件对隔水管接头进行多体非线性接触分析,同时运对隔水管接头进行结构优化,以保证海洋钻井隔水管接头各主要零部件在承受拉伸、弯曲、内压条件下的强度时的安全性及可靠性。