水下采油树油管悬挂器锁紧块参数设计

油管悬挂器是水下采油树的核心部件,其锁紧机构对油管悬挂器至关重要。阐述了油管悬挂器锁紧机构的组成、锁紧及解锁原理,确定了锁紧方案和解锁方案。对锁紧块在锁紧和解锁工况下的受力进行分析,得出2种工况下的推动环倾角均为45°。分析了单齿锁紧块和多齿锁紧块的受力情况和力传递途径,推导出单齿锁紧块和多齿锁紧块在X方向和Y方向的受力方程。建立了单齿轮廓和双齿轮廓的有限元模型,研究不同锁紧齿数对载荷传递路径的影响及不同路径应力分布。研究结果表明,2齿形的锁紧块结构更适合油管悬挂器的锁紧机构。     

水下油管悬挂器技术现状与研制要点

结合相关标准和国外公司的成型产品,采用对比分析的方法,阐述了水下油管悬挂器的功能。分析了多孔型、同心型和卧式采油树油管悬挂器的结构特点,并介绍了FMC、Aker Kvaerner和Vetco Gray公司的水下卧式采油树油管悬挂器产品。对锁紧装置、密封结构、导向装置、贯穿接头及通道等的研制要点进行了说明,指出水下油管悬挂器的技术发展趋势为深海域、系列化、智能化。为研制国产水下油管悬挂器提供借鉴。     

深水采油树油管悬挂器下放工具关键参数设计

国内深水采油树研究处于起步阶段,迫切需要对水下采油树的各重要部件进行设计研究。为此,针对水深为1 500 m、压力等级为69 MPa、温度等级为-18~120℃的设计条件,根据ISO 13628-4和API 17D的相应规范,设计了一套深水采油树油管悬挂器下放工具,对该工具的关键参数进行了设计分析,计算了锁紧环径向挤压力的大小,并对下放工具的主要受力零件进行了有限元强度分析。分析结果表明,设计的下放工具满足强度和功能要求。     

电潜泵式水下采油树油管挂工程设计方法研究

针对300 m水深,设计压力为34.5 MPa,设计温度为-18℃～121℃的电潜泵式水下采油树中的油管挂。考虑油气介质流动阻力、水合物产生条件及介质腐蚀的影响,遵循API 17D/ISO 13628-4《水下井口装置和采油树系统》及ASMEⅧ-1《锅炉与压力容器规范》、GB150-98《钢制压力容器》中高压容器的设计要求,设计电潜泵式水下采油树油管挂的结构,形成电潜泵式水下采油树油管挂生产通道直径、名义壁厚的工程设计方法。利用ABAQUS软件,对所设计的油管挂在正常生产工况下的整体结构强度进行校核,校核结果表明此方法设计的油管挂强度满足设计要求。     

深水液控式油管悬挂器安装回收工具研制

目前,国外深水水下采油树以及油管悬挂器的配套工具技术成熟,国内相关领域的研究较少。鉴于此,针对研发的深水液控式油管悬挂器安装回收工具,从工具结构特点、工作原理、技术参数选取、加工制造难点和试验鉴定方法等方面进行了详细阐述。该工具的设计满足API 17D的标准要求,可用于深水油管悬挂器的快速安装、回收、紧急回收作业,设计工作压力为69 MPa,设计规范级别为PSL3级,总体结构为中空的套筒式结构,采用液压控制方式实现锁紧解锁机构的动作。该工具完成了工程样机的试制和试验,解决了工具密封面加工和小直径深长孔加工等制造难题,试验结果满足设计要求。该工具的成功研制打破了国外技术垄断,对同类产品的设计、制造以及水下设备的配套和推广有积极的借鉴作用。     

油管悬挂器K形金属环密封特性模拟分析

为研究自紧式金属密封环的最佳预压缩量及其密封性能受工作介质压力和温度载荷变化的影响规律,以一种油管悬挂器K形金属密封环为例,利用Workbench软件建立了水下采油树油管悬挂器出油口处的K形密封环有限元模型并进行分析.研究结果表明:K形密封环在下放安装工况和生产工况均能保持良好的密封性能;安装工况下K形密封环最佳预压缩...     

油管悬挂器及下放工具性能鉴定试验方法

对油管悬挂器及其下放工具进行性能鉴定试验能确保产品的性能和可靠性,对于减小潜在事故发生的可能性具有重要意义。在介绍油管悬挂器及其下放工具结构功能的基础上,阐述了性能鉴定试验的基本概念及目的,参考相关标准并结合所研究对象的特点,提出了一套卧式采油树油管挂及其下放工具的性能鉴定试验方法。该方法将试验过程详细划分为试验准备、试验运行及试验后总结3个阶段,增加了对受试物体的故障模式和影响分析以及试验过程中故障的处理程序等;同时能针对不同的试验对象及试验项目,结合实际情况和相关标准中的规定,给出具体的接受或失效判据。所得结论对保证水下采油树安全运行意义重大。     

不同工况下的水下井口油管悬挂器有限元分析

在水下油气开采过程中,油管悬挂器是水下井口核心的承压部件,其性能高低决定开采系统能否持续安全可靠运行.对处于500 m水深的油管悬挂器在下放过程、密封激励建立过程和工作过程3种复杂工况下进行强度及疲劳寿命分析.分析结果表明:油管悬挂器在密封激励建立过程中,最大等效应力为427.01 MPa,最大变形量为0.27226 ...     

海洋500m水深水下立式采油树设计开发

水下采油树是海洋深水油气开发的关键装备。为了梳理和提炼水下采油树最新研究进展及成果,指导国内相关产品的设计开发,在分析国内外技术现状的基础上,介绍了500 m水深导向绳式水下立式采油树的总体结构、技术参数、控制系统、采油树本体、油管悬挂器和闸阀驱动器等关键部件的结构及工作原理,并阐述了该产品的加工和试验进展。分析认为:该水下立式采油树具有整体模块化设计、电液贯穿多通路集成化设计、闸阀驱动器失效安全型设计等技术特点,产品的设计开发打破了国外技术垄断,达到国际同类产品的主流技术水平。该产品的设计与开发可以为水下采油树的国产化研制提供借鉴和参考。     

水下采油树S密封结构优化与试验研究

S密封作为水下采油树的非金属密封圈,是水下安全生产的关键部件之一。以S密封为研究对象,进行了结构和密封机理的研究并对其结构参数进行优化。通过建立有限元仿真模型,研究了密封圈截面长度、截面宽度、弹簧直径及圆弧半径等参数对密封圈性能的影响规律,并根据影响显著性采用响应面法对密封圈的关键结构参数进行优化分析,以最小等效应力与最大接触应力为目标,对密封圈结构参数进行优化。将优化后的S密封与优化前进行对比,结果得出在安全性能和密封性能上S密封均有显著的提升;最后通过静压试验对S密封进行了密封性能测试,试验结果表明S密封满足密封性能要求。研究方法和结果可为S密封以及其他类似结构密封圈的结构优化提供理论依据及数据参考。     

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。     

水下采油树控制模块设计要素分析

水下控制模块安装在采油树本体上,用于控制采油树生产时井口的流量和压力,并控制多种采油工艺措施的实施.依据安全为本的设计理念,采用理论分析和试验验证相结合的方法,着重考虑功能和操作可行性,对水下采油树控制模块设计要素进行研究和分析.为水下控制模块的自主设计打下基础.     

立式双管式水下采油树设计分析

水下采油树作为实现海上油气田开发的重要设备之一,其工作状态直接决定了整个水下生产系统的运行状态。设计了一种基于注采技术的立式双管式水下采油树,设计中选用的闸阀是液压驱动的故障关断式水下闸阀,节流阀是液压驱动的步进式水下节流阀,各类阀组及促动器集中在组合阀上,结构简单紧凑,安装拆卸方便,密封性良好,可实现远程控制或水下ROV控制。对采油树主要闸阀的试验验证结果表明,水下闸阀和节流阀满足API 6A中PR2等级要求,水下控制模块功能能够满足在水下环境中对于控制的要求,具有较高的可靠性。     

水下油管悬挂器锁紧结构有限元强度分析

水下油管悬挂器是水下采油树上的关键部件之一,由于其工作时与油气介质接触,且承受井内高压和油管串重力,需保证其与水下采油树可靠锁定。以水下油管悬挂器锁紧结构为基础,建立有限元模型,设置了载荷与边界条件、接触对和单元类型,并赋予材料属性。采用Explicit显式求解方法,完成油管悬挂器锁紧过程的模拟计算,得到各零件的最大应力值。根据API 6A标准对锁紧结构的强度和可靠性进行评估,为水下油管悬挂器的设计开发和试验、应用提供技术支撑。     

水下采油树内部输油管应力分析

根据API 17D规范,对深水水下采油树零部件中容易损坏的输油管进行受力分析,建立不同水深、水温等条件下的输油管应力计算模型,用ABAQUS软件进行应力的有限元计算。结果表明,随着水深增加,油管固定边界对输油管强度的作用逐渐增大。因此在进行深水采油树输油管设计时,应合理设计输油管与采油树主管或与阀门之间的距离,提高边界对输油管强度的加强作用。     

水下采油树跨接管接头的传热计算与保温分析

水下采油树和跨接管之间需要专用接头进行连接,其中以套筒式接头最为常见。在水下进行接头安装时,持续的热量交换会导致接头在停机条件下持续降温,因此必须预先评估相关的温度分布和热量传递问题,提高水下采油树系统的流动安全水平。根据水下油气开发的要求,结合已有经验,在水下采油树套筒式跨接管接头结构设计的基础上,采用耦合传热的数值模拟方法,对未进行保温的套筒式接头进行了模拟分析,并完成了包含保温腔的套筒式接头的传热计算;最后基于变物性的分析方法,对含有保温腔的套筒式接头进行了内流场分析。计算表明:没有保温措施的套筒式接头会产生局部过冷问题,所设计的保温腔能大幅度改善接头的整体保温效果,满足水下采油树8 h保温的基本要求。用耦合传热数值模拟方法分析水下采油树系统的传热与保温理论可行,结果可靠。      

水下控制系统技术在采油树先导试验中的应用

为增加国产化水下采油树控制系统的可靠性和可操作性,对水下控制系统方式进行比较分析,选择电液复合控制方式作为先导试验的控制方法。目标油田流花11-1采用直接液压控制系统,需要在直接液压控制方式的基础上对其进行适应性改造。对目标油田直接液压控制系统进行调研,在充分利用原设备的基础上,在尽可能减少半潜式平台改造和施工的前提下,对国产水下采油树电液复合控制系统新增的电气系统、通信系统、液压系统、化学药剂系统等进行设计研究分析,通过4个专项计算分析,分析结果满足电液复合控制系统要求,从而论证了设计方案的可行性。     

基于OrcaFlex的水下采油树钻杆下放影响因素敏感性分析

针对东方1-1气田的海况,基于OrcaFlex专业海工软件建立平台钻杆下放采油树的仿真模型,研究了水下采油树在下放过程中钻杆的受力情况,以及采油树的运动响应问题。研究结果表明:在钻杆受力方面,下放过程中所受到的Von Mises应力以及弯矩都主要集中在钻杆上部靠近钻杆顶端处,在钻杆与采油树连接处有较小的应力集中和弯矩。在敏感性参数分析方面,风速对下放过程钻杆受力、弯矩以及水下采油树的运动响应影响很小; 海流流速、浪高、海况的方向角度对其影响较大,其中海流流速和浪高都是正影响; 不同的海况方向角度对钻杆的受力和采油树的运动响应有不同程度的影响。研究结果将对国内水下采油树的安装提供一定指导作用。