海洋油气钻采高压钢丝缠绕胶管结构承压特性分析

为合理设计海洋油气钻采高压钢丝缠绕胶管结构参数,开展了胶管结构承压特性影响因素分析。首先,建立有限元数值模型,分析胶管各层的应力和应变分布情况;其次,优选高压胶管钢丝直径、缠绕角度、内胶层厚度和增强层橡胶厚度等4个结构参数,通过单因素分析系统呈现高压胶管各结构参数对钢丝层应力应变的影响;最后,采用正交试验方法分析4个结构参数的敏感性。结果表明,胶管各层应力与应变由内而外逐层递减;增强层钢丝的最大应力和应变随缠绕角度增加逐渐降低,随其他参数的增加逐渐增加;各参数对胶管承压水平的影响由大到小依次为钢丝直径、缠绕角度、增强层橡胶厚度和内胶层厚度。本文研究结果可为海洋油气钻采高压胶管结构设计时的参数优选提供参考。     

基于极限承载能力分析的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法

基于结构极限承载能力分析法,以3000m超深水重力式水下分离器为研究对象,根据ASMEVⅢ-Ⅰ基本公式计算结构初始壁厚,借助有限元软件建立了超深水水下分离器整体模型,开展了基于5%最大主应变准则的极限承载能力校核和双非线性稳定性极限承载能力校核,并在此基础上提出递归循环算法优化壁厚,最终构建了超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法。根据最优壁厚制造了超深水水下分离器试验样机,开展了高压舱压溃试验,结果表明:本文所建立的超深水水下分离器整体模型具有较高精度,塑性极限分析和稳定性分析结果与试验结果的相对误差分别为13.11%、8.80%;本文所构建的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法充分利用了材料的极限承载能力,在保证结构高耐压和高可靠性的基础上,相比弹性应力分类法提高承载能力44.4%,并有效减小设计壁厚达20%。     

深水无隔水管钻井液回收钻井水力学计算

为解决深水钻井中遇到的一系列难题,国外研发出无隔水管钻井液回收钻井技术(RMR),该技术去除了隔水管,利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。由于RMR技术是最新发展的技术,目前尚无合适的水力学计算理论和方法。根据无隔水管钻井液回收钻井系统的工作条件及特点,推导出无隔水管钻井液回收钻井系统的水力学计算公式,编制水力学计算软件,进行了算例分析,并与文献中数据进行了对比,验证了计算公式和程序的正确性。     

深水导管架平台抗台风极限承载能力

针对台风引起的甲板上浪问题,采用API模型与Stokes 5th波原理确立上浪载荷计算方法与流程,基于Pushover分析原理,提出广义储备强度系数GRSR以用于服役平台环境条件改变时的承载能力评估。在此基础上,以某深水导管架平台为研究对象,考虑固支与桩-土非线性作用两种边界约束,计算得到平台设计载荷下端向、斜向与侧向3种方向的承载能力曲线与塑性应变分布,并对其极限承载能力与失效模式的内在关系进行深入探讨;进一步考虑甲板上浪载荷作用对平台进行推覆分析,研究不同上浪高度下平台极限承载与失效模式。结果表明,上浪载荷导致平台极限承载能力降低,当上浪高度达到一定值时,平台塑性区集中于导管架顶部,主控失效模式演变为上部组块侧翻倒塌,这与台风后观察到的平台失效模式一致。研究成果可为中国深水导管架平台抗台风工程提供参考。     

水下GPS定位技术在流花 4-1 油田井口定位中的应用

在国内首个采用深水开发模式自营开发油田——流花 4-1 油田(LH4-1 油田)的钻井作业中,要求对水下井口精确定位和井口导向基盘方位精确控制,为满足作业要求,采用了水下GPS定位技术。该技术利用水声相对定位技术与GPS水面高精度定位技术相结合的方式,经过比较分析水声定位技术三大系统长基线定位技术、短基线定位技术和超短基线定位技术的特点,在 LH4-1 油田水下井口定位作业中选用了长基线定位系统与GPS定位系统组合形成的组合定位系统,编制了水下无线罗经和水下机器人配合下水下井口精确定位及井口导向基盘控制的详细施工程序。作业后测量表明,定位精度均满足设计要求,取得了良好的实施效果,圆满解决了 LH4-1 油田钻井水下井口精确定位及基盘方位精确控制的难题。      

深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法

隔水管悬挂窗口为允许隔水管进行悬挂作业的环境载荷极值条件,钻前形成悬挂窗口对于指导隔水管现场作业至关重要。提出隔水管软、硬悬挂模式作业窗口分析方法,建立隔水管轴向动力分析有限元模型,基于隔水管悬挂作业限制准则,进行不同海况条件下的隔水管悬挂窗口研究。波高周期作业窗口分析表明,隔水管硬悬挂窗口受平台升沉运动与波浪周期共同影响,波浪周期在10~16 s、20~24 s 之间的作业窗口较窄,硬悬挂自存时推荐平台艏向取45°浪向角;隔水管软悬挂窗口主要受伸缩节冲程限制,不同浪向角下的作业窗口基本相同。波浪海流作业窗口分析表明,海流流速越大隔水管悬挂允许的最大波高越小。对比两种悬挂模式下的作业窗口,软悬挂模式较大地扩展了隔水管的悬挂作业窗口。     

穿刺工况自升式平台动力灾变特性

针对穿刺引起的自升式平台结构损伤问题,系统研究其动力灾变行为。考虑损伤积累对刚度衰减影响提出构件失效准则,在定义结构抗力和地基抗力基础上提出穿刺工况下平台结构失效准则,以121 m桁架式自升式平台为研究对象,考虑构件损伤演化及桩土动力耦合作用建立平台整体分析模型,并从入泥承载力、损伤影响、约束条件3方面验证了模型适用性;进一步基于整体失效准则开展穿刺工况下平台动力灾变演化模式研究。结果表明：构件损伤演化降低了平台极限承载能力并影响其整体灾变演化规律,CEL法可以有效模拟复杂土层桩土动力耦合作用;穿刺工况下平台失效模式受结构抗力和地基抗力共同影响,其演化规律为未穿刺桩腿与桩靴连接区域杆件由于船体倾斜产生较大弯矩发生塑性变形,随着穿刺深度的增加进一步演化为上下导向块区域桩腿杆件屈曲变形,这与穿刺工况下观察到的桩腿失效模式一致。     

新型深水钻井隔水管技术进展及在我国南海应用的建议

新型深水钻井隔水管技术既可降低对钻井船的要求,也可显著减少深水钻井的作业时间,甚至无需改造和升级即可显著提高钻井船的深水能力.对近10年来国外研究与应用的新型深水钻井隔水管技术进行了概括,主要包括双梯度钻井隔水管技术,夹式隔水管与超静定集成系统,自由站立隔水管技术,高压表面防喷器钻井隔水管技术,细型钻井隔水管系统,非旋转钻杆保护器技术,非钢质钻井隔水管技术等,对部分新技术给出了适用性评价,并对深水钻井隔水管技术在我国南海的应用提出了建议.     

基于频域法的深水钻井隔水管波激疲劳分析

Wave-loading fatigue failure is one of main failure modes of deepwater drilling riser. Wave-loading fatigue analysis of riser provides guidance for fatigue design and management of riser in order to increase its service life. Methods for analyzing wave induced vibration and fatigue were established in frequency domain. Solver for riser fatigue calculation was developed based on MATLAB software. Wave-loading fatigue of the riser system in the South China Sea was calculated in frequency domain and compared with calculated fatigue based on time domain method. The results show that dynamic analysis of riser in frequency domain reaches convergence after several iteration steps. Compared with time domain method, frequency domain method enhances computation efficiency greatly. The response of riser system is a wide-band process so rainflow correction coefficient should be used in calculating riser fatigue. The wave-loading fatigue damage of riser in frequency domain is almost same with that in time domain. Riser fatigue analysis method proposed in this paper can be used for inertial fatigue analysis.     

新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。