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。     

水下井口连接器密封性能影响因素分析与优化

水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX钢圈密封性能的影响,运用ABAQUS软件分析了井口连接器在预紧和内压工况下的密封性能,探究了预紧力、介质压力、密封圈材料性能和结构参数对其接触应力的影响规律。研究结果表明：轴向预紧力是影响连接器密封性能的重要因素,在保证连接器结构强度下应尽量增大预紧力;随着内压的增大,上密封面的接触应力增加,趋势与下密封面相比较增加速率变低,且下密封面接触应力大于上密封面;316L不锈钢满足密封准则,用其作为密封圈材料更为经济;最优密封锥面锥角α为22.75°,最优密封面宽度b₀为28mm。所得结论可为其他类型水下井口连接器的密封结构设计提供依据。     

水下采油树节流阀卡箍式连接器强度分析

卡箍式连接器被广泛用于水下采油树节流阀的连接锁紧,起到防止油气泄漏、支撑密封圈和承载复杂载荷的作用,研究其强度性能对确保水下采油树平稳运行具有重要意义。以一种应用于3 000m水深的采油树阀芯可回收式节流阀连接器为例,提出了理论分析与有限元方法相结合的卡箍式连接器强度分析方法:首先针对典型工况下水下采油树节流阀采用的三瓣式卡箍式连接器,推导其强度分析关键参数计算公式,得出连接器预紧力和锁紧力;然后运用ABAQUS有限元方法对卡箍式连接器进行三维建模,研究锁紧力状况下卡箍强度,得到连接器整体的应力分布情况;最后通过改变法兰锁紧型面角度,分析法兰型面角度与连接器最大Mises应力的关系,得出法兰最佳锁紧型面角度为10°～15°。本文研究成果可为水下采油树节流阀卡箍式连接器的设计提供参考。     

水下采油树应用技术发展现状

研发水下采油树的关键在于能否通过相关标准规范所要求的压力循环测试、高低温循环测试、载荷循环测试及外部高压测试等。在介绍水下采油树相关标准规范的基础上,分析了水下采油树的结构类型及结构演变,简述了水下采油树各控制系统类型的特点,分析了采油树、油管挂、内树帽的安装管柱及安装方法。指出超深水和超高温高压的水下采油树是水下采油树未来的发展方向。卧式采油树可用浮式钻井装置的钻柱或用工程船的大吨位吊机的钢丝进行安装。水下采油树的模块化设计可缩短采油树的供货周期,跨接管式电泵增压系统、跨接管式流量计和高完整性压力保护系统等新工艺技术的出现,将有利于降低水下采油树和水下开发项目的综合成本。所得结论可为水下采油树的设计和应用提供参考。     

水下采油树防护装置结构优化设计

水下采油树是水下生产系统不可或缺的核心设备之一,可以控制油气的开采速度,实时监测和调整生产情况。但在长期水下作业环境下,水下采油树容易遭遇多种环境及非环境荷载,如坠落物的冲击力、渔网的拖拽力、洋流的作用力等,对采油树造成危害。为避免或降低上述作用力对水下采油树的影响,需在水下采油树周围布置防护装置,以确保水下采油树在役期内的作业安全。本文针对渤海海域海床特点,利用结构建模和分析软件,对防护装置底部和主框架结构进行了结构优化设计,对驳船运输工况、海上吊装工况、在位作业工况进行了校核,确保了防护装置在役期内的结构安全。     

深水采油树井口连接器锁紧机构设计研究

分析了水下采油树的关键部件——井口连接器的功能、类型及结构.针对水深300 m、设计压力为34.5 MPa(5 000 psi)、设计温度为-18～121℃的卧式采油树,根据ISO 13628 4和API17D相应规范,在考虑井口结构、目标油田油藏特性和环境参数的基础上,设计采油树井口连接器,并对关键部件C型锁紧环所需要的液压锁紧力进行计算分析;利用ABAQUS软件对液压锁紧力进行验证和强度校核.计算结果表明:所设计的锁紧机构满足井口连接器和水下采油树的需要.     

基于流固耦合算法的采油树钻杆安装力学分析

根据水下采油树的钻杆安装流程,确定了安装工况的载荷和边界条件。建立了采油树钻杆安装的三维流固耦合力学模型,分析了浅水条件下钻杆安装采油树工况的应力分布和横向位移情况。计算结果表明,水下采油树在下放安装过程中,钻杆顶部位置会出现较大应力,同时钻杆底部发生严重横向偏移,海流力和采油树的重力对钻杆影响较大。下放过程中采油树的位置和角度偏移会为安装精度带来困难。通过钻杆力学分析可以预测采油树安装偏差,更好地指导实际工程中安装施工方案和ROV辅助对接作业。     

水下全电采油树生产阀门及执行机构设计研究

液动控制采油系统在远距离控制方面存在控制成本高、高压控制油液传输困难及控制油液泄漏等弊端。为此,设计了水下全电采油树阀门及执行机构。在介绍全电采油树阀门结构及工作原理的基础上,对全电执行机构和密封机构进行了设计,对闸阀的密封过程进行分析,利用数值计算软件模拟了闸板在动作过程中高压介质对闸板的作用,同时计算了闸板的最大开启力。分析结果表明:全电执行机构采用丝杠螺母作为传动机构,无需依赖传统的液压系统,降低了油液泄漏的风险;闸门与阀体间依靠分体式密封阀座来形成自密封;闸板在开始动作到即将开启的过程中,受到密封阀座的摩擦力最大,所对应的最大开启力为298.5 k N。所得结论可为水下全电采油树的现场应用和优化设计提供参考。     

水下采油树油管挂K形金属密封性能分析

水下采油树是水下生产系统中的重要设备,其中油管悬挂器作为井液的必经通道,其密封性能不容忽视。利用ABAQUS软件对油管悬挂器K形金属密封建立二维轴对称模型,对K形密封在预紧工况以及69 MPa介质压力的工作工况下进行有限元分析,得出其装配时最佳过盈量的范围以及在此范围内的最大MISES应力、接触应力的分布情况。结果表明:在工作工况下,K形密封圈的最大MISES应力略大于材料的屈服强度,密封圈发生了较小的塑性应变,其最大接触应力能很好地满足密封要求,可以实现密封。     

水下立式单通道采油树技术分析及应用案例

水下立式单通道采油树是常用的水下油气田的开发设备,作业效率较高,已在国外得到广泛应用。针对我国的水下油气田主要使用水下卧式采油树且很少使用水下立式采油树的现状,有必要介绍水下立式单通道采油树的技术特点及应用。该文详细分析研究了两种不同结构的水下立式单通道采油树的技术特点、应用案例及作业步骤。水下立式单通道采油树既适用于距离现有平台设施几公里之内的边际油田,又适用于控制距离上百公里的水下油气田,建议在我国海上油气田逐步推广水下立式单通道采油树。该文为水下油气田采油树优选提供参考,具有实际工程参考意义。