特高压平板闸阀设计与密封性能分析

针对特高压井口平板闸阀设计指导空缺问题,参考API 6A和API 6D标准中的平板闸阀设计参数确定方法,给出175 MPa工作内压下阀体通径为78 mm的平板闸阀设计参数,补充并完善了国内外特高压井口平板闸阀设计方法,对所设计的平板闸阀采用有限元法分析其在螺栓预紧工况、额定工作内压工况和1.5倍静水压工况下的密封性能。所设计的平板闸阀可以满足密封准则,且能应对一定量的动载荷,可为特高压井口平板闸阀设计提供参考。

井口点火放空装置在天然气井处理中的绿色环保作用评价

天然气是清洁能源,其开发利用有助于减少酸雨形成,减缓地球温室效应,从根本上改善环境质量。天然气在冬季生产过程中,经常需要井口放空处理,如果直接将天然气排入大气中,则会造成环境污染;如果不进行放空,则不利于气井的正常处理,存在环境污染与气井管理的矛盾。针对这个问题,引入了井口点火放空橇,通过管线与气井井口采气树相连接,利用车载小型气液分离器将天然气进行气液分离,液体排入储液灌,天然气则在井口直接点火燃烧,有效避免了环境问题,又解决了气井的处理需求。井口点火放空橇体积小,以车载方式移动,施工时安装连接方便,两个小时内可完成施工作业,投入产出比为1.00∶4.34,推广应用前景广阔。

一种水下外包式密封打压装置的现场实践

水下防喷器组各级防喷器开启腔的进液硬管为其关井部件之一,一旦其与防喷器本体脱开,防喷器组即面临着无法开启的复杂情况,进而无法起到井控作用;如果临时弃井回收水下防喷器则会产生大量的非生产时间,对于水下井口作业意味着待机同时无法保证井筒安全,因此设计及加工一种应急打压装置是非常有必要的。

基于ABAQUS旋转防喷器胶芯的非线性有限元分析

旋转防喷器(RBOP)是欠平衡钻井中必不可少的安全保障设备,其中胶芯是旋转防喷器(RBOP)的关键部件和密封单元,其密封性能决定了旋转防喷器(RBOP)的密封能力。研究了旋转防喷器胶芯的工作机理及故障,依据国家标准和专利建立了胶芯的三维模型。通过分析研究,选择了适合胶芯材料的本构模型Yeoh模型,通过橡胶材料的单轴拉伸试验所获得的实验数据,使用ABAQUS软件拟合出本构模型的待定系数;在ABAQUS软件中建立钻杆与胶芯接触的三维力学模型,研究计算在不同井压下,钻杆与胶芯之间的接触压力大小和变形情况,得到了不同井口压力下,胶芯密封压力的变化规律——当井口压力逐渐增加时,胶芯内锥面开始发生变形,变形随压力的增加而增大,同时,内锥面和主密封面接触发生应力集中的现象;分析了井口压力为0时,钻杆接头通过胶芯内孔时,胶芯接触压力情况,得到了接触压力在胶芯内锥面各个节点的变化规律,为胶芯的失效分析和设计制造提供了理论依据。

HIPPS在水下生产系统中的研究与应用

HIPPS具有反应快、安全性高等特点,在常规油气田开发工艺设计中得到广泛的应用,是保护下游工艺设施及安全生产的重要手段。高完整性压力保护系统在陵水某深水气田水下生产系统中的研究与应用尚属国内首例,文章从系统研究及设计、安全完整性验算等方面阐述其独特的技术特点及优势,对降低深水油气田项目开发的整体投资,保障水下生产设施安全运行具有重要意义。

同井注采工艺技术及其矿场应用

目前高含水老油田的年产油量在中国年产油量的占比在70%以上,要保持稳产就必须要保证高含水老油田产量稳定的开发需求,为了满足这一现场需求,通过完善回注层段分层注水技术、不动管柱实施增注工艺以及同井注采采出层及回注层参数录取方法,大庆油田提出了一种结合高效井下油水分离、桥式封隔器等工艺的有杆泵同井注采技术。结果表明:同井注采技术在不打新井的情况下可有效增加油水井对应连通方向、增加注水层点和提高波及体积;同时能够将同一区块分采的2套或多套层系构建起一套立体高效开发层系,使大部分水不举升到地面而直接在地层内部循环驱替。现场试验表明,试验区平均单井产液量降低了94.5%,综合含水率下降了34.1%;地下回注注水单耗降低了83.0%;井下管柱平均工作寿命可增加到1.5 a以上。研究成果能够有效提高油井产量、降低开采成本、提高采收率,实现了超过目前“极限含水”条件下继续经济、有效的开采,对老油田长期持续稳产具有重要意义。

一种井口装置防喷器的设计及其密封性能研究

在井口加装防喷装置,是实现油水井生产中有效控制,防止井喷事故的重要保障。2SFZ62-21-00型双闸板防喷器通过其独特的设计和优化的密封系统,克服了现有单闸板防喷器“零封零”的缺点。它能够在空井条件下关闭油井,并在管柱起下后迅速、高效地封闭油气套管环空,为钻井作业提供了更高的安全性和可靠性。针对2SFZ62-21-00型双闸板防喷器,提出总体方案,阐述其在不同环境、不同温度下的应用以及防喷器的密封性。

同井注采配套工艺技术及应用效果

同井注采技术中存在采注泵、封隔器故障难以判断、柱塞故障率高、注采比调整困难等问题,为此研发同井注采井下工况检测方法、可调有效冲程及防气锁液力反馈泵、柱塞组件螺纹防脱技术等配套工艺技术。结果表明:基于载荷曲线法和回注系统完整性检测法的同井注采系统管柱系统故障诊断方法,现场应用458口井,故障识别率达100%;在改变有效冲程抽油泵在不动管柱、不改变冲程和冲次条件下,可实现注采率在1∶6~200∶1间调整,该泵采用螺纹防脱技术和防气锁反馈泵有效解决抽油泵柱塞及丝扣断裂等故障和切槽液力反馈泵气锁现象;防上浮封隔器和稳水器能缩短地层产出的原油充满泵吸入口至封隔器胶筒之间的油套环空的时间,缩短低含油井含水率稳定时间。

一种新型隔水管快装井口装置设计及应用

常规海上钻井作业,表层钻进往往使用无环境损伤添加剂的海水膨润土浆作为钻井液,钻井液和返出岩屑直接进行排海处理,但随着环保要求的日益严格,要求海水膨润土浆与所钻岩屑也要进行全回收。然而,常规的海上钻井表层井口装置多为非封闭型,而且井口装置制作效率低、作业风险高、稳定性差,基于此,设计研发了一种新型隔水管快装井口装置。该装置利用卡瓦以及BT密封圈(BT密封为一种辅助密封方式)实现对隔水导管的连接与密封,安装简单且具有良好的密封效果。通过对比常规井口装置与新型井口装置安装工序的时间,新型快装井口安装简单,并且降低了热工作业时间,单井口安装时间由23 h降至2.25 h,作业时效提升近10倍。在垦利16-1油田应用后,大幅提高了作业时效,节省了钻井成本。

基于最优成本法的浅水水下采油树系统设计

水下采油树系统作为深水开发常用设备,其装备制造和海上作业模式已经基本成熟,但其在浅水海域使用进行油气田开发,中国近海尚未有成熟作业模式。从浅水水下钻完井模式的成本分析入手,通过对水下采油树装备和水下钻完井作业程序开展系统性的对比分析,建立了成本博弈模型,得出基于最优成本法的浅水水下采油树的设计思路,并在渤海首个工程示范项目成功实施,可为中国近海浅水海域基于自升式钻机进行钻完井作业和水下装备安装的水下采油树装备设计提供设计参考,对浅水油气田的水下开发模式和水下装备研究具有重要的指导意义。

浅水水下井口连接器设计与应用

针对现有的深水水下井口连接器体积大、结构复杂且制造成本高的问题,考虑浅水水下作业环境,设计了一种浅水水下井口连接器(EZ-LOCK),该连接器通过压盖、卡块和顶丝与井口型面的机械配合,实现水下采油树和水下井口的锁紧和解锁。根据浅水水下钻完井作业工况载荷,对水下井口连接器进行了作业流程模拟和局部失效评估,结果表明该水下井口连接器设计结构合理,未发生局部失效。依据API 17D标准对水下井口连接器工程样机开展了性能验证试验,进一步验证了水下井口连接器的使用性能和可靠性。研制的浅水水下井口连接器结构简单,安全可靠,成本低,潜水员水下操作方便,目前已成功在渤海完成了海上试验并开始示范应用。本文研究成果为浅水水下井口和采油树系统的应用打下了基础。

机抽井口防喷器自动化改造与应用

目前注氮气三次采油技术是某油田缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率的重要手段,随着注氮气轮次增加,气窜问题严重,部分油井机抽生产期间油压由0.5 MPa迅速上升至近30 MPa,给现场生产带来较大井控风险。为此,在常规42 MPa手动双闸板防喷器基础上对采油液控系统、液压双闸板防喷器执行机构、抽油机液压刹车装置等进行自动化改造,实现数据联锁和远程控制,其中液控装置以及执行器均采取可拆卸设备组合而成。改造后的装置可根据油压变化自动控制抽油机停机、防喷器关闭等动作,并反馈防喷器状态等数据信息,通过信息自动化手段实现注氮气井远程实时监控管理、压力异常快速响应处置,提升了现场安全生产水平。现场应用结果表明,该装置在井口油压超过设定值情况下,实现超压自动停机、液压自动刹车、液压自动关闭防喷器等功能,有效减少环境破坏、产量损失,杜绝井喷事故,具有较好的推广前景。

基于海试的水下采油树力学特征影响因素敏感性分析

为了探究吊装、入水、深水下放及海底坐落4种典型工况下采油树下放系统力学特性及影响因素的敏感性,基于自主改进的水下采油树下放系统力学模型,结合有限元数值模拟,开展典型工况下采油树下放过程的参数敏感性分析,以此确定各阶段采油树下放系统的力学行为特征。分析结果表明,不同工况、不同影响因素下采油树下放系统力学特性存在较大差异;吊装阶段主要受风载荷的影响,而入水、下放及坐落阶段主要受波浪载荷影响;风载荷主要作用于采油树下放的前40 m,对于深水下放及海底坐落阶段几乎无影响;入水角度与入水砰击力呈正相关,且采油树的极限入水角度为17.6°;平台共振对采油树横向位移量存在一定影响,但对采油树弯矩变化无影响。

一种长距离高效驱动水下可回收式节流阀的设计

水下采油树水下节流阀是集机、电、液为一体的复杂系统,具有调节油气井生产流量、稳定介质压力、控制油气层能量、延长自喷期、优化油气井生产等功能,其服役环境恶劣,精准流量调节要求高,且须具备耐外部海水压力和海水冲蚀、远程控制、电信号传输及数据反馈等。根据实际油气田的开发需求,设计了一种可实现长距离远程高效驱动、可回收式的水下节流阀,包括节流阀阀体、阀芯、驱动器、连接器等核心部件,并基于油气井产量、出砂量完成了节流阀流量系数计算及冲蚀风险分析,并对关键金属密封进行了有限元模拟。模拟结果表明,所设计的节流阀功能可靠,所计算的流量系数可根据油气井设计产量选择使用,在渤海海域浅水油气田开发中具有较好的推广应用价值。

浅水水下沉箱开发模式表层建井方法

中国渤海部分油气田由于渔业、通航等用海重叠,无法通过常规新建导管架进行开发,亟需改变开发模式。浅水水下沉箱开发模式,将采油树、管汇等设施安装在沉入泥线下的钢圆筒中,可避免在水面上新建工程设施,是解决受限区油气开发的创新设计。基于作业特点,本文针对钻入法、喷射法、锤入法开展了建井方式分析,优选锤入法并开展了针对性设计。首先,基于工程实际,从理论层面分析了水下井口的强度和疲劳寿命,可以满足作业需要;其次,对于采用自升式钻井平台作业下送入立管无支撑长度大的特点,采用有限元模拟分析了45 m立管自由段的应力和弯矩响应,结果显示可以满足最大3 500次锤击数的要求;最后,水下井口的上部接头螺纹需要在打桩后与送入工具倒扣,其能否顺利操作及倒扣后的接头是否损伤需要确认,采用工程实际装备开展原尺寸打桩实验,经过3 500锤锤击后,最终可以顺利卸扣,卸扣力可满足现场设备要求,超声波探伤结果合格。本文提出的浅水水下沉箱开发模式表层建井方法,可为渤海油田浅水水下开发提供借鉴。

防喷器概率性判废分级评定方法研究

防喷器是防止井喷等重大事故的最后一道防线,其一旦失效,将会严重危害海洋平台人员和设备的安全,并且造成难以估量的损失。目前,国内外无统一的防喷器判废标准,且相关判废标准定性描述较多,适用性差。针对这些问题,提出了基于贝叶斯网络的防喷器概率性判废分级评定方法。首先,根据判废标准对评定对象进行标准判定。其次,考虑自身缺陷和外在因素对判废结果的影响,分别对其进行缺陷安全评定和风险性评定。最后,综合标准判定、缺陷评定和风险性评定结果得到防喷器当前状态下的判废等级。以某FZ35-70型闸板防喷器为例,得到了该闸板防喷器的判废等级和对应的维修建议,验证了所提出方法的可行性,为制定防喷器判废规则提供参考。

我国油气井井喷井控系统重建装置研究现状

我国石油勘探开发不断向纵深发展,最深的勘探井已向10000米进军,勘探开发风险越来越高。为应对井喷事故的发生,将事故损失降低到最低,我国陆续开发了很多井喷事故救援设备,为我国石油勘探开发提供了有力保障,其中油气井井口井控系统重建装置尤为重要。分析探讨了通过井口不同尺寸的套管、井口底法兰、水下井口法兰及隔水管总成法兰连接成套化井控系统重建装置的结构和使用方法,提出了提前谋划,未雨绸缪的加强井控系统重建应急救援体系、标准、队伍和设备的相关建议。

超高压采气井口平板闸阀密封结构技术

超高压采气井的井口密封效果,对实际工作情况具有深远影响。随着我国经济的持续发展,各项技术也在逐渐完善,而其密封结构技术也逐渐多元化和多样性。为了切实提高其密封结构的性能,施工企业需要做好分析,了解超高压采气井口的实际情况,准确掌握不同密封结构。根据工程需求合理选择相应的密封技术,制定密封方案,进而让结构更加稳定,保障最终的工作效益。施工企业在实际作业过程中,必须充分了解目前我国市面上常见的密封结构,掌握其应用要点,准确应用平板闸阀密封结构技术开展作业,进而保证工程的经济效益与社会效益,切实提高企业的核心竞争力。因此,本文对超高压产气井口平板闸阀密封结构技术进行了深入分析。

基于有限元仿真的水下设备胶筒防肩突变量分析

对于封隔器等水下设备,胶筒的密封性能极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。在胶筒受到过大的轴向行程时,会出现肩突,从而导致密封失效。为防止出现肩突,文中定义一个新的参数,防肩突变量。在利用有限元软件进行压缩胶筒的仿真过程中,当防肩突变量不小于0时,则胶筒不会发生肩突。文中提出的防肩突变量对橡胶和类似密封件的有限元仿真研究有重要的理论意义。

渤海海域水下采油树温度场模拟分析与保温设计

水下采油树在关井工况下,由于内部采出液流动区域温度降低可能导致水合物生成和原油结蜡现象发生,进而严重影响后续生产的进行,因此需要准确预测水下采油树在关井后的瞬态温度场,从而确定保温层厚度和具体施工工艺。首先利用OLGA软件确定出了水下采油树入口流体的边界条件,然后再利用有限元和计算流体动力学(CFD)软件相结合,模拟分析渤海某油田水下卧式采油树在正常运行工况和非计划关井工况时固体结构和内部流道内流体的温度场,并利用已投产的采油树实际设计数据验证了物理模型和计算方法的可靠性,分析了不同保温层厚度对关井冷却时间的影响。依据模拟分析结果,结合实际现场工况,提出了保温材料选型、保温层厚度和位置设计以及施工检验过程中依据的标准和原则。研究结果为国产化水下采油树的设计制造和工程应用提供了基础。