自升式平台压载量准静态计算方法应用研究

目前自升式平台压载量是按照极限环境条件设定的,一般远大于平台作业工况条件需要的压载量,有时会影响到平台的作业适用性,因此研究了根据作业井位环境条件确定平台压载量的方法。以海洋石油941平台为例,探讨了利用准静态法计算平台在各种海况下实际需要压载量的流程,并将该方法用于海外某作业平台的压载量分析。分析结果表明,在一定的环境条件下,利用准静态法计算结果确定平台压载量可以减小平台桩靴入泥深度,从而降低拔桩难度,提高平台的作业适用性。

恒流量泵凸轮曲线优化设计

利用拼接组合法对胜利油田三次采油注聚用的恒流量泵凸轮进行了优化设计。分析了多项式运动规律、摆线运动规律等 4种曲线 ,根据恒流量泵的实际要求 ,将修正摆线位移方程改为凸轮曲线速度方程 ,并根据接触应力最小原则又进行了改进。优化后曲线无加速度、跃度突变 ,有利于提高凸轮使用可靠性。

基于拔桩能力的自升式平台海外作业优选

针对某海外项目中可能遇到的钻井平台压载后入泥深度过大和拔桩困难的问题,开展平台优选计算。首先搜集了预定作业井位周围井位的地质勘查资料,利用二次插值法进行作业井位地质勘察数据计算,据此计算了桩脚入泥深度,并根据作业平台结构参数计算了平台的拔桩阻力。为解决平台极限拔桩能力小于拔桩阻力的问题,设计了可控冲桩阀和冲桩系统以消除或减小桩靴底部的吸附力、桩靴侧部土体剪切力和桩靴上部土重。最后将平台拔桩能力与最终拔桩阻力进行对比,给出平台推荐结果。

几种高压旋转防喷系统的性能比较

旋转防喷系统是实施欠平衡钻井工艺的关键设备。文章对比分析了PCWD、RBOP、RCH 710 0、SLXFD等几种常用高压旋转防喷系统的结构、工作原理、发展现状及关键技术 ,结合现场使用情况 ,分析了各系统的优缺点 ,最后结合胜利油田的SLXFD系统和四川石油管理局的XK系统 ,论述了高压旋转防喷系统研制的必要性、可行性及广阔前景。性能对比表明 ,国产高压旋转防喷系统的性能已达到进口产品水平 ,有些性能指标已超过进口产品 ,开发国产低价位。

恒流量泵凸轮副润滑

本文依据弹流润滑理论,对胜利油田三次采油注聚合物用恒流量三缸往复泵凸轮副润滑状态进行了分析。凸轮副的卷吸速度是凸轮面绝对速度与接触点相对移动速度的组合。在纯滚动时凸轮副推程区的最小油膜厚度为1.63μm,纯滑动时最小油膜厚度为0.93μm。凸轮副膜厚比小于1,凸轮副的润滑状态为边界润滑,使凸轮表面易产生粘着效应和犁沟效应。最后根据膜厚比λ＞ 1．5对润滑油的性能和凸轮副的加工提出了要求。

自升式平台井位适应性评估程序研究与应用

采用理论计算、数值模拟、现场数据校验等多种方法,研究了桩基稳定性、结构完整性等井位适应性评估的关键问题,建立了完整的自升式平台井位适应性评估程序,形成了从作业前的气象海况分析、海床浅层地质分析、作业应急预案,到作业过程中的插桩压载程序、风暴生存作业程序、拔桩程序的系列文件。该评估和作业程序目前已在国内外作业的20多座平台进行应用,取得了良好效果。

恒排量往复泵凸轮副接触应力数值仿真

为了提高恒排量往复泵凸轮副的使用可靠性 ,以现场试验为基础 ,用ANSYS有限元系统对凸轮副的接触应力进行了数值仿真计算。数值仿真结果表明 ,凸轮曲线曲率的突变可造成接触压应力增大 ,使凸轮整体寿命降低4 2 %以上 ;凸轮副的摩擦使接触面产生大切向拉应力和剪应力 ,促使表层和亚表层同时产生初始裂纹。文中还对凸轮副提出了改进措施。

螺旋沉降离心机工作流量与分离中点计算与选择

离心机工作流量和分离中点的计算与确定，对离心机设计和现场使用都是应当注意的问题。文中从理论推导到现场试验分析等多方面描述了离心机分离中点与流量的关系及其对现场分离效果的影响。

恒流量泵凸轮接触应力计算

根据恒流量往复泵柱塞运动规律的要求 ,推导、计算了恒流量泵凸轮的廓线、压力角、展角等重要参数 ;考察了用有限单元法计算凸轮接触应力的可行性 ,并计算凸轮曲率突变点的应力 ,解决了常规算法计算不了的问题。计算表明 :凸轮曲线曲率突变造成接触应力增大 ,使凸轮整体寿命降低 4 2 %以上 。

深水司钻法压井模拟计算

针对深水钻井井控的特点,考虑油、气相变,建立了深水司钻法压井过程中的多相流控制方程,并给出了具体的求解方法。模拟计算结果表明,随着循环流量的增加,节流管线摩阻迅速增加,而且不同尺寸节流管线摩阻之间的差距也随着循环流量的增加逐渐增大;动态安全余量随着泥浆池增量的增大而减小;第1及第2循环周的最大循环流量随着节流管线内径的减小而减小。第1循环周的最大流量随着泥浆池增量的增加而减小,而泥浆池增量对第2循环周最大流量的影响不大。在压井过程中,节流压力随着循环流速的增加而降低,实际应用时需要优化设计。

深水钻探井筒温度场的计算与分析

通过对海水温度数据回归分析,得到了南海海水温度场随深度的分布。以传热学基本理论为基础,通过理论推导,得到了循环及停止循环条件下的深水钻探井筒温度场理论计算公式。计算结果表明,循环钻进期间,要维持隔水管内的温度,应保证隔水管的保温层完好,并在满足钻井施工条件下尽量增大循环排量;停止循环时,随着关井时间的增加,井筒内流体温度逐渐接近外界环境温度,为避免在井筒及防喷器处生成大量水合物,关井时间要尽量短。

自升式钻井平台拔桩阻力预测的数值计算方法

自升式钻井平台完成钻井作业后,需要进行拔桩操作。历史上发生的多起自升式平台拔桩事故都与在特定地质条件和入泥深度下平台的拔桩能力评价相关,而其中拔桩阻力预测的偏差是重要的因素。文中分析自升式平台拔桩阻力的影响因素,用通用有限元软件Abaqus对拔桩过程进行数值计算,实现对拔桩过程中桩土相互作用、孔隙水与桩周土体的流固耦合作用及桩周土体的重新回落、淤积、固结等的数值模拟,得到拔桩过程中桩周土体的变形、破坏等运动规律,进而得出平台在特定孔位、特定入泥深度下的拔桩阻力。数值分析与规范公式计算的结果对比发现,公式计算所得结果偏大,主要是因为公式计算将各部分阻力(桩靴底部吸附力、桩靴侧面摩擦阻力、桩靴上部覆土的重力和桩侧土体的剪切破坏力)取最大值相加所得,而实际过程中各部分拔桩阻力并非同时达到最大值。文中的数值计算方法弥补了现有公式计算的不足,为进一步评定平台拔桩能力及结构强度的设计提供一种较为准确的计算方法。

遗留桩坑对自升式平台滑移风险的影响及对策

运用有限元分析方法研究了前期作业遗留桩坑对自升式钻井平台滑移风险的影响,提出了降低滑移风险的对策,并进行了实例分析。考虑流体在孔隙结构中的渗流、滑动摩擦接触以及材料与几何非线性,建立了桩-土相互作用的流固耦合有限元模型,通过数值模拟结果与已发表文献中实验结果的对比,验证了模型的可靠性。利用建立的模型分析了前期作业遗留桩坑影响下的桩基土体破坏过程、运移形式及遗留桩坑对桩-土相互作用的影响,结果表明:插桩初期遗留桩坑底部与桩靴底部出现塑性破坏区域,然后破坏区域随着压载的增加不断增大,直至形成连续滑移面;桩靴周围土体的运移形式随着桩靴与遗留桩坑距离的增大出现明显变化;随着桩靴-遗留桩坑中心距的增大,峰值水平滑移力先增大再逐渐减小。在最终位置插桩前以适当的距离和深度进行试踩可有效降低平台滑移风险。

复杂地层条件下自升式钻井平台插桩穿刺分析

在复杂地层(硬土层覆盖软土层,即层状地基)条件下,自升式钻井平台预压载期间可能发生桩腿桩靴穿透上部硬土层,并在下伏软土层中快速沉降形成穿刺,导致平台结构受损,造成重大经济损失。对自升式钻井平台穿刺事故进行了统计分析,同时对穿刺破坏机理进行了研究,并以南海西部A井位为例,提出了可行的穿刺预防措施,对保证平台作业安全具有重要意义。

海洋钻井平台井喷硫化氢扩散规律研究

针对海洋酸性气田开发过程中的井喷硫化氢扩散问题,以计算流体力学(CFD)为理论基础,建立一套数值模拟方案和毒害评价模型。选取静风、平均风速和季风风速3种典型环境风速条件,对左舷、右舷、船艏、船艉4个来风方向的硫化氢扩散过程进行模拟,分析了硫化氢扩散的时空分布以及风速对硫化氢扩散的影响作用。结果表明,静风条件下,硫化氢对平台空间危害最为严重;有风条件下,船艏和船艉来风,平台空间危害较为严重;其他方向来风时,硫化氢对平台空间区域危害较小。风速越大,硫化氢对平台空间的危害程度越小。最后,据此提出了相应的应对措施。

自升式钻井平台就位时老脚印对桩靴性能的影响分析

由于受到老脚印影响,自升式钻井平台在老脚印附近位置就位时桩靴不可避免地要受到变化的偏心荷载作用,严重威胁着平台的就位作业安全。对自升式钻井平台在老脚印附近位置就位过程中桩基土体破坏机理受老脚印的影响进行了分析,在此基础上,根据桩靴不同阶段的受力特征将就位过程抽象为4个阶段,并以这4个阶段为4种不同的工况,对老脚印对桩靴结构性能的影响进行了分析。结果表明,自升式钻井平台就位过程中桩靴着力一侧桩腿、弦杆连接区杆件的应力较高;随着桩靴不断压入地层,桩靴底部承载面积增大,桩靴内部构件所受剪切应力显著减小:桩靴压桩至原有老脚印底部,受地层水平向强度分布不均的影响,较硬地层一端的组合应力并未因桩靴与桩基土体接触面积的增大而减小,相反由于端部硬地层的作用而大幅度增大,就位作业时应予重视。

自升式钻井平台新型高效冲桩系统的研制

针对自升式钻井平台现有冲桩系统存在的问题,提出了一种冲桩系统改造方案,利用液压机构控制冲桩系统,能将所有冲桩喷嘴打开后同时冲桩。研究结果表明,该系统的冲桩能力明显得到提升,减小了拔桩阻力,从而达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全性的目的。

双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力计算新方法

基于CEL的桩靴拔桩过程有限元数值模拟分析,总结了双层土中自升式钻井平台拔桩时桩靴极限阻力的影响因素,拟合出一套新的双层土条件下自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式,该公式将桩靴极限拔桩阻力分解为由桩靴上表面极限拔桩阻力、桩靴下表面极限吸附力和桩靴侧面最大摩擦力等3部分相加得到。其中,桩靴上表面极限拔桩阻力计算公式考虑了桩靴面积、土层抗剪强度和硬土层厚度等关键因素,桩靴下表面极限吸附力计算公式考虑了土体固结时间、渗透系数和桩靴入泥深度等关键因素。本文所提出的双层土中自升式钻井平台桩靴极限拔桩阻力预测公式计算结果与离心机模型试验结果之间的相对误差为8.7%,验证了本文预测公式的正确性。本文研究成果可为自升式钻井平台在双层土复杂地层中拔桩时最大阻力预测提供参考。

大比尺自升式平台插拔桩试验系统研制及验证

自升式平台顺利插拔桩对其安全作业具有至关重要的作用。根据插拔桩问题主要控制方程的相似,推导了1倍重力加速度模型主要物理量的相似系数,建立了主要由土池、加载装置、原位测量装置、冲桩系统和测量系统组成的大比尺自升式平台插拔桩试验系统。该系统可以模拟自升式平台插桩、冲桩和拔桩,能够测量插拔桩深度和阻力,监测桩靴底部孔隙水压力的变化。运用该系统进行了初步插桩试验和边冲边拔的拔桩试验,将插拔桩阻力与规范和相关经验公式进行了对比,验证了系统的有效性和准确性,研究了桩靴底部孔压的分布规律以及孔压和插桩阻力的变化关系,证实了冲桩可以减小拔桩阻力的显著效果。本文研制的大比尺自升式平台插拔桩试验系统为进一步研究自升式钻井平台的插拔桩阻力和冲桩效果提供了基础,有利于保障自升式钻井平台的作业安全。

深水钻井隔水管事故类型及对策分析

深水钻井隔水管可能发生的事故主要包括隔水管意外脱离、隔水管断裂、辅助管线泄漏、隔水管挤毁、附属设备失效和隔水管磨损等,如果控制不当可能造成人员伤亡、生产停产、平台倾覆等严重后果。为此,对事故类型及成因进行分析,研究事故决策方案和应急处理技术;结合不同的失效类型,研究隔水管失效机理并提出有针对性的预防措施。这可为我国隔水管系统与部件优化设计、制造加工工艺的改进以及压力密封可靠性分析提供参考,还能保证国产隔水管产品现场应用的安全性,进而提高我国深水钻井隔水管作业管理能力和事故处理能力。