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。     

钻井隔水管接头技术现状与发展建议

钻井隔水管接头是海洋钻井隔水管系统的关键部件之一,具有连接隔水管串、固定辅助管线、隔离管内外高压钻井液和海水等多种用途。从钻井隔水管接头的结构特点和使用性能上,介绍了国外钻井隔水管接头的主要技术现状,并从MR—6HSE型隔水管接头、CLIP隔水管接头及采用轻质合金材料的隔水管接头几个方面阐述了国外近几年在钻井隔水管接头方面的技术进步。最后对国内隔水管接头技术发展提出了一些建议,指出国内在隔水管接头的研究中应加强技术合作,跟踪国际先进技术,同时还要依托重大工程项目,实现自主创新。     

海洋钻井隔水管疲劳试验设计及评价标准

焊缝疲劳开裂是钻井隔水管常见的失效形式。海洋钻井隔水管全尺寸疲劳试验是评价和验证其疲劳性能的唯一方式,国内在这方面的研究还比较少。对海洋钻井隔水管疲劳试验方法、疲劳设计和评价标准、S-N曲线选取、试件设计、试验样本数的选取进行了研究,为钻井隔水管的疲劳性能试验研究及评价提供参考。提出了提高海洋钻井隔水管疲劳寿命的方法。     

无隔水管钻井液返回管线对接接头设计与分析

钻井液返回管线对接接头对无隔水管钻井技术具有重要意义,由于国内无隔水管钻井技术发展缓慢,钻井液返回管线对接接头的研发尚处于起步阶段。鉴于此,针对南海1 500 m作业水深无隔水管钻井系统,设计了钻井液返回管线对接接头;同时提出无隔水管钻井液返回管线张紧力计算公式,计算了返回管线对接接头的张紧力载荷,并利用ANSYS有限元分析软件分别从张紧力载荷与海流载荷2种受力工况进行对接接头的强度校核。分析结果表明:对接接头满足无隔水管钻井工艺要求,强度符合要求,结构安全可靠;随着钻井液密度的增大,返回管线内径越大,对接接头所承受的应力越大。所得结果可为无隔水管钻井技术关键设备的设计提供理论依据。     

深水钻井隔水管快速连接技术研究

介绍了国外几种典型海洋钻井隔水管快速接头的结构特点,归纳了其优缺点及适用范围。在消化国外技术的基础上,设计了H-50X型隔水管快速接头。阐明了该型接头的结构、工作原理,给出了其主要技术参数,并对其主要技术特点做了说明。这种接头只需周向旋转驱动环30°就可锁紧,锁紧方式独特、快捷。最后采用ANSYS有限元软件对接头进行多体接触分析,验证了设计的正确性和合理性。     

国外深水钻井隔水管发展现状及主管性能分析

阐述了国外海洋钻井隔水管的发展状况,并对海洋钻井隔水管的关键技术进行了分析。结合我国深水隔水管的发展现状,对国外某X80钢级准533.4 mm×25.4 mm深水钻井隔水管主管进行外观几何尺寸、力学性能及显微组织试验。结果表明,该深水钻井隔水管主管壁厚和椭圆度等外观几何尺寸精度控制严格,管体及焊接接头的拉伸性能和冲击韧性良好且稳定,具有优异的低温断裂韧性,钢管综合性能优异。     

MT-E50F深水钻井隔水管终端接头研制

为满足深水钻井隔水管系统的需要,采用等强度螺栓连接、高压动态密封、高强度厚壁管体全熔透对接焊接等技术,研制了MT-E50F型深水隔水管终端接头,并进行了8 896 kN载荷试验、静水压试验和连接互换性试验。试验结果表明,MT-E50F型隔水管终端接头满足深水使用要求和载荷工作要求,密封性能可靠。提出了进一步完成MT-E50F型隔水管终端接头深水水下工业性海试、开展隔水管LMRP系统集成研究和试验等建议。该装置的成功开发对海洋钻井隔水管系统国产化具有一定的参考作用。     

国外深水钻井隔水管系统产品技术现状与进展

针对海洋钻井装备的重要单元——海洋钻井隔水管系统,其技术与产品一直被国外专业公司所垄断,而国内相关报道较少的现状,介绍了深水钻井隔水管系统的组成及各部件功能,以及国外钻井隔水管主要供应商如Cameron公司、Vetco Gray公司、法国石油研究院IFP和Dril-Quip公司等的产品技术特点和部件主要功能。由于接头是隔水管单根之间的重要连接,快速接头是减少非钻井时间的重要技术,特别介绍了深水钻井隔水管的接头技术,主要包括Cameron公司的LoadKing和RF螺栓法兰接头,Vetco Gray公司的MR—6E和HMF接头,Dril-Quip公司的FRC和QMFC接头,以及IFP的Breech-blocktype接头等7种隔水管接头。可为我国开发具有自主知识产权的深水钻井隔水管系统提供借鉴。     

国外海洋钻井隔水管与国产化研究建议

在对海洋钻井隔水管系统配置及主要功能作简要介绍之后,分析了国外海洋钻井隔水管的发展历史及技术现状,重点讨论了国外生产的5种常用钻井隔水管的结构和性能特点,包括HMF型和LoadKing型法兰式隔水管、MR-6HSE连接式隔水管、MR-6E快速连接式隔水管和CLIP卡箍型连接式隔水管,最后提出海洋钻井隔水管国产化研究建议。     

海洋钻井隔水管浮力块配置方法

浮力块是钻井隔水管系统的重要部件,能改善钻井隔水管的性能。但是如何配置浮力块,对隔水管张力器的张力、钻井隔水管在海洋深水条件下的应用等都有很大影响。目前国内外对于钻井隔水管浮力块配置方法的研究较少,因此,进一步研究其配置方法很有必要。首先,介绍了目前国内外海洋钻井隔水管浮力块配置的基本经验;然后,以我国南海某海域500 m水深为例,采用ABAQUS有限元软件,讨论了海洋钻井隔水管浮力块的配置方法,拟定了5种浮力块配置方案,并对其进行了详细的计算分析。结果表明:拟定的方案2和方案3为较优方案;与波浪力相比,海流力对隔水管动力学响应特性的影响更大;浮力块安装位置不同,对隔水管横向变形、等效应力、弯矩和底部柔性接头转角等力学响应的影响很大。建议:在适当位置配置厚壁隔水管以降低其局部等效应力;浮力块的安装位置应避开海流流速最大位置;研制钻井隔水管分析系统软件,实现多个有限元软件的联合调用,以提高分析效率和准确性。      

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。     

海洋钻井隔水管张紧环上壳体焊接工艺研究

为解决海洋钻井隔水管张紧环上壳体整体锻造加工技术难题,张紧环上壳体以焊接件代替整体锻件。上壳体为大厚度钢板焊接结构,采用T型接头、K形坡口、CJP焊缝等方式。通过分析上壳体的具体结构,合理设计上壳体的焊接顺序;采用带限位板接头的试板,开展焊接工艺评定试验,试验结果符合设计要求。研制出的海洋隔水管张紧环上壳体能够为相关海洋水下装备复杂结构零件的“以焊代锻”工艺提供参考。     

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。     

海洋深水钻井隔水管力学特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备，随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。利用隔水管的静态挠曲四阶微分方程，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对隔水管受力状态的影响，编制了相应的应用计算软件。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。     

考虑钻柱作用的深海隔水管柱力学分析

隔水管作为海洋石油钻井的重要设备,其安全使用直接关系到整个钻井作业的顺利完成,甚至关系到钻井平台的安全。目前关于隔水管的研究主要集中在海洋环境载荷及钻井平台漂移影响下的隔水管柱力学分析,对于隔水管内部钻柱这一影响因素研究较少,这给计算结果带来了较大误差。考虑起钻过程中钻柱侧向力、轴向摩阻对隔水管横向位移、弯矩的影响,建立了深水钻井时隔水管柱力学模型,用数值差分法进行求解。研究结果表明:考虑钻柱影响下隔水管横向变形影响幅度增加7.9%。靠近水面的位置,隔水管所受弯曲载荷最大。该模型为海洋隔水管设计、安全使用、以及深水钻井井口安全等提供理论分析方法。     

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，深水隔水管强度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的特点，引入了非线性理论，使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷，即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况，重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明，而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响，在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中，应特别考虑暗流的存在及其对隔水管强度的影响。     

海洋钻井隔水管适用性评价技术研究

根据海洋钻井隔水管自身特点,采用基于断裂力学的单根适用性评价方法,考虑隔水管疲劳载荷特点和海浪的随机载荷影响,通过分析和控制缺陷扩展可以避免疲劳失效,并进行剩余疲劳寿命预测。计算实例表明,波浪载荷是造成海洋钻井隔水管疲劳损伤的重要原因,海洋钻井隔水管的初始裂纹尺寸a0越小,其疲劳寿命越长,反之,则寿命越短。因此,提高裂纹检测水平,以及尽早发现细小缺陷对延长钻井隔水管的剩余寿命至关重要。     

深水钻井隔水管法兰接头有限元分析程序

以ABAQUS软件为求解器,开发了针对深水钻井隔水管法兰式接头的有限元分析专用程序。该程序利用ABAQUS命令流建立法兰接头的有限元模型,采用Python语言实现其建模和求解过程的参数化,再通过Visual Basic环境设计用户界面。Cameron公司某等级RF型钻井隔水管分析实例表明,其螺栓最大等效应力发生在螺栓肩部,与实际情况吻合。说明程序具有较好的实用性,可为深水钻井隔水管法兰接头的优化设计提供参考。     

深水钻井隔水管系统关键技术研究与发展建议

针对深水钻井隔水管系统特点,分析了隔水管接头设计、隔水管材料、隔水管焊接、挠性接头挠性元件制造、隔水管试验和隔水管系统管理等关键技术,重点阐述了国内在隔水管关键技术研究方面取得的进展和突破,包括具有自主知识产权的隔水管接头快速连接技术、深水隔水管法兰接头用材料X80J、隔水管用X80级埋弧焊直缝钢管、高承载耐疲劳挠性元件制造、大直径厚壁管体全熔透焊接、隔水管载荷装置开发、隔水管系统管理等,对相应关键技术进行总结,并从加快隔水管系统自主配套出发,提出了若干建议。     

集成式隔水管安装试压工具开发与试验

为了解决国际上海洋钻井隔水管用安装试压工具结构存在的技术问题,开发了一种集安装与试压作业功能为一体的集成式隔水管安装试压工具。该工具利用液压油缸直接驱动,通过斜面推动执行机构按设计的位置运行达到锁合状态,利用弹簧弹力达到脱开状态。根据该工具的工作原理和结构特点,建立简化后的1/12有限元分析模型。按照相关标准对锁块、法兰和壳体等主承载件进行强度校核。有限元分析结果表明:锁块、法兰和壳体等主承载件强度满足标准要求。对该工具分别进行了4 500 k N额定载荷试验、6750 kN验证载荷试验和压力试验等试验验证,试验结果均满足设计要求。集成式隔水管安装试压工具的成功研制对完善我国海洋钻井隔水管系统配套能力具有重大意义。