流花油田张力腿平台模块钻机结构设计研究

针对国内第1个TLP开发方案,即流花油田项目的 FEED设计阶段,使用SACS软件对钻机的DES模块和DSM模块的各种工况进行结构设计校核,重点关注运动加速度对模块钻机结构的影响。此外,结合张力腿平台的操作需求,对3种猫道形式(斜猫道、举升猫道和水平猫道)进行比选,确定使用水平猫道的方案。通过对水平猫道进行计算校核,最终选择PG600的焊接梁作为水平猫道根部结构与钻台面连接,其最大名义应力比为0.95;选择H250X250的H型钢作为次要结构,其最大名义应力比为0.77,综合结构效率较高;水平猫道最大变形出现在端部,为9.2 cm,小于最大允许变形10.8 cm,说明其结构可以满足设计要求。研究结果可为浮式平台模块钻机的设计研发提供参考。     

40DB钻机在导管架平台的应用

为了适应阿塞拜疆里海油区导管架平台的实际情况,对40DB钻机进行了改进设计。钻机的控制系统采用PLC控制技术和现代数字化通信技术,实现数控、电控、气控、通信的一体化设计,提升钻机的自动化水平。钻机主体带动绞车后台底座及猫道可沿导轨整体平移,平移距离最远达80 m。导轨的设计考虑了通用性,使得钻机可以在不同平台上实施钻井作业。井架采用节省空间的自升起升方式,猫道可实现提升钻杆的功能,钻机主体、钻井泵组、固控系统和发电机组等部件的安装位置受力分布要满足平台桩腿承载力的要求。现场应用结果表明,改进设计的40DB钻机各系统运行稳定,达到预期的设计目标。     

模块钻机与油田电网双向供电技术的应用

模块钻机是海上石油平台钻井作业的重要组成部分,与平台电网相互独立,作业时主要由自带的柴油发电机组供电,而这种传统的由柴油发电机组供电的方式,存在能耗利用率低、生产成本较高、环境污染严重等问题,制约着海洋石油平台的可持续性发展。针对以上问题,基于涠洲油田群电力组网,通过测算模块钻机钻完井作业用电量,提出模块钻机的供电系统改造方案,成功实现涠洲11-4NB模块钻机与涠洲电网的双向供电,有效降低了涠洲11-4NB模块钻机的钻完井作业成本,降低了作业噪音,改善了工作环境,可为其他海上石油平台模块钻机与油田电网之间的互联互通改造提供借鉴。     

张力腿平台海上安装技术研究

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊的顺应式平台,其主要工作原理是通过平台自身的浮体结构,产生远大于平台自重的浮力,从而使张力腿产生预张紧力。张力腿平台的结构形式使其海上安装方式有别于传统的桩基式导管架平台,但其相关技术一直被国外公司掌握并垄断。结合500 m水深油田生产装备TLP自主研发课题,研究了张力腿平台海上安装的各个环节与关键技术,系统详细地阐述了张力腿平台的安装方案作业流程,有助于打破国际关键垄断,突破关键技术。同时,也为我国南海深水张力腿平台的进一步研发与施工奠定理论基础和技术储备。     

基于响应面方法的海洋修井猫道结构优化分析

海洋平台空间及额定承载能力受限,在用动力猫道存在整机质量及体积过大的问题。为此,以某全液压驱动的举升式海洋修井动力猫道为研究对象,借助虚拟样机技术和响应面优化设计方法,根据动力猫道管柱输送的作业特点,进行动力猫道关键结构的尺寸优化设计与分析。分析结果表明：基于动力学仿真获取动力猫道待优化结构的载荷数据,借助AWE模块建立结构响应面模型,并通过优化算法求解,找到该结构尺寸设计变量的最优组合,完成了结构轻量化改进设计的目标;响应面法得到的海洋修井动力猫道结构尺寸优化设计方案与原始方案相比,各优化结构质量减轻了12.5%～33.0%,同时安全系数大于2.5。所得结论可为海洋平台动力猫道的结构优化和性能提升提供理论依据。     

张力腿平台钻井支持模块结构有限元分析

为了对张力腿平台上部钻井支持模块进行较为精准的结构有限元分析,必须采用合理的方法模拟张力腿平台的运动对上部模块产生的影响。为此,采用SEASAM软件建立张力腿平台的水动力分析计算模型,通过计算得到张力腿平台X、Y、Z这3个方向的极值加速度和加速度时程曲线。采用ANSYS软件建立该平台上部的钻井支持模块结构有限元模型,以对结构施加惯性力的准静力方法来考虑平台运动对上部模块产生的影响,通过对比分析论证了准静力方法的合理性。最后使用准静力方法对各工况下的钻井支持模块进行结构有限元分析,得出上部钻井支持模块的结构强度和变形均满足要求。研究结果可为张力腿平台上部模块结构设计提供研究思路。     

2250kN海洋钻修机模块设计

为配套海上采油平台而设计了2 250 k N海洋钻修机模块。2 250 k N海洋钻修机模块在设计上充分满足平台布局要求紧凑性和模块化的要求,采用联合驱动的传动系统设计也满足用户对钻机模块经济性的要求。井架结构设计打破常规,采用从基段两侧进钻杆的方案及自升式结构,可满足钻机在不同区位作业的便捷性要求。绞车采用交流变频联合驱动的传动形式,底座采用大模块化的结构形式,从而满足CEPI和CEPJ固定式采油平台钻机作业区域小和移动跨距大的需求。该钻机设计中采用的一些新方法可降低固定式平台钻修机模块的建造成本,亦可缩短建造周期。     

张力腿平台立管张紧力优化北大核心CSCD

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

张力腿平台模块钻机井架设计及风动力学分析

针对流花油田TLP平台示范开发工程项目,开展了张力腿平台模块钻机关键设备应用研究。在分析3 150 kN井架设计要求的基础上,确定了井架的主要技术参数和结构方案,即采用单斜瓶颈式塔形结构,有效高度46.6 m。应用SACS有限元分析软件,在钻井作业工况、风暴载荷和拖航工况3种工况下对井架的强度和稳定性进行计算分析。结果表明,在钻井作业工况下,UC值最大为0.96,位于绞车侧井架上部立柱,小于允许值1.0。井架材料的综合利用率较高,结构设计满足API SPEC 4F规范要求。利用SACS软件对井架进行模态分析,井架低阶固有频率超过1 Hz,不属于风敏感结构。当风暴作用频率接近3.2 Hz 时,可能对井架产生共振破坏。     

张力腿平台立管张紧力优化

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。