海洋钻采平台往复压缩机气流脉动和管道振动分析

考虑到往复式压缩机固有的机械振动特性,为了保证压缩机组在海洋平台上的稳定运行,采用平面波动理论和转移矩阵法,分析压缩机管道系统的气流脉动和管道振动,对管路、进口洗涤罐、缓冲罐及换热器等进行设计优化,有效避免了压缩机管道系统在不同操作工况下的气柱和管路机械共振问题,实现了在设计阶段对压缩机振动问题进行有效控制的目的。

一种免海水进入的柔性软管高效铺设技术

以南海某气田软管安装项目为例,研制爆破膜、段间快速连接器和球型法兰连接器等软管铺设成套设备,并发明了一种采用注浆气囊跨越已有海底管线和免海水进入软管的高效铺设技术。采用该成套设备和高效铺设技术,不但可节省大量的海上软管铺设作业时间,提高软管铺设效率;而且可保护软管免受海水介质的腐蚀,提高软管的整体使用寿命。

LBL声学定位技术在深水膨胀弯测量中的应用

针对深海油气田由于饱和潜水员的下潜深度通常在300 m以内,无法依靠潜水员完成海底管线膨胀弯和跨接管的测量的问题,介绍长基线水下定位技术,利用该技术,南海某气田项目成功测量和安装了多条膨胀弯和跨接管。

混输圆盘泵内气液两相流的数值模拟

为了提高混输圆盘泵的水力特性,在原有圆盘泵叶轮的基础上进行了结构改进,并对改进后的圆盘泵进行数值模拟分析,得到其内部流体的压力、速度变化规律和气相浓度的分布情况,以及不同气相体积分数与泵扬程和效率的关系曲线。利用Pro/E软件建立叶轮的几何模型,计算采用分离、隐式方法,压力-速度耦合方法采用Simple算法。结果表明,流体在从泵进口到出口流动的过程中,压力持续上升,最高压力出现在蜗壳螺旋段与扩散段结合处的外壁面处;在气液两相流动中,液相主要集中在叶片工作面,相应的气相主要集中在叶片背面。

基于VB.NET和MATLAB的三牙轮钻头仿真软件开发

随着钻井地层的日益复杂,对钻头结构的改进提出了新的要求。利用计算机仿真方法,在已建立的牙轮钻头几何学、运动学模型和钻头与岩石互作用模型的基础上,通过MATLAB编程,求解所建立的各模型。为了解决软件的运行效率及不易操作的问题,采用了VB.NET来编写界面。通过MATLAB编译器将模型文件转化为.NET组件(DLL文件),与VB.NET交互,实现仿真软件的开发。利用该软件进行牙轮钻头破岩过程仿真可得到牙齿图形、任意时刻的井底模式及机械钻速等,对钻头的优化设计有重要的指导意义。

钻头喷嘴组合方式的优选研究

在石油钻井工程中,钻头喷嘴组合方式的选择对钻进速度有着重要的影响。目前,喷嘴组合的选取都是基于经验得到,因此,对喷嘴组合的优选就显得特别重要。针对不同的地层特性,得到喷嘴的最优组合方式,然后利用计算机编程软件直接得到钻头喷嘴直径的计算结果。试验验证表明,文中的设计方法可满足钻井工程的需要,对指导现场钻井有重要的意义。

国内首例液压动力单元不锈钢橇体强度分析

针对液压动力单元吊装和转运过程中不锈钢橇体的强度和稳定性进行分析,使用ANSYS软件和DNV的相关标准,考虑橇体安装在海上平台受风载和平台浮动加速度的影响,分析橇体在位服役工况。结果表明,橇体高应力区域主要集中于立柱管板焊接处,通过合理的橇体结构设计和材料选择,可以有效地降低应力集中,使之满足工况要求。

一种新型单作用泥浆泵活塞

活塞是钻机泥浆泵生产中的重要部件,其使用寿命直接影响到钻井生产的效率。本文通过对传统活塞的工作原理及受力情况的分析,并结合其在使用中存在的问题,设计了一种新型单作用活塞。

多工况载荷作用下脐带缆终端承载能力计算研究

脐带缆终端是水下脐带缆关键的硬件设备,其在深海环境承受载荷复杂恶劣,对连接系统的承载能力提出了更高的要求。以南海某气田使用深水脐带缆终端为研究对象,基于国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)和挪威船级社(Der Norske Veritas,DNV)相关标准,对脐带缆终端外结构部件按弹-塑性和纯弹性应力分析方法建立有限元模型并进行数值分析,得到其在生产工况下的轴向载荷能力、剪切载荷能力、弯矩能力和扭矩能力,并分析了不同吊装提升方式对深水脐带缆终端承载能力的影响。分析结果表明:正常生产工况下计算所得承载能力均满足相关标准评价指标;不同吊装提升方式对深水脐带缆终端承载能力影响不同;与两点提升吊装方案相比,四点提升吊装方案更不容易产生应力集中,满足安全强度要求。研究成果可为脐带缆终端设计和现场应用提供理论基础和技术参考。

深水测试地面流程管道气流脉动及典型弯管振动分析——以南海M井为例

在深水测试作业中,管线振动问题严重影响着地面流程的长周期安全运行,这一现象在弯管段尤为突出。为此,基于弯管内流流动模型,以深水测试地面流程典型弯管为研究对象,进行了气流脉动和管道振动分析。结果表明,气流脉动对管道的动态响应有着重要影响,弯管段的振动频率与气流脉动频率相近时,振动程度剧烈。基频下地面测试管线动力响应分析表明,在内压呈正弦波动时,随着内流压力均值的增大,弯管最大位移、应力和加速度响应均增大;随着压力不均度增大,弯管的最大应力先增大后减小,但最大位移和加速度响应变化较小;在气流脉动一定时,随着弯管弯曲半径的增大,弯管的最大位移增大,最大应力减小,最大加速度在内压波动的前1/4周期波动明显,随后趋于稳定;弯管弯角由90°变为135°时,最大位移响应减小,而其最大应力和加速度响应增大。

发动机无凸轮配气机构浅析

针对传统配气机构存在的问题,探讨了国内外无凸轮配气机构在发动机上的进展及应用情况,并对其典型结构、工作原理进行了分析,同时指出了该机构存在的问题和不足,为今后的发展和研究提供了一定的理论帮助。

水下生产控制系统液压动力模拟分析

对水下生产系统的液压系统、电力系统和通信系统进行不同工况下的性能分析是保障水下生产装置安全可靠工作的关键。以中海石油(中国)有限公司湛江分公司某气田开发工程项目水下生产系统的液压系统构架及参数分析为例,介绍了运用"The Control Simulator"软件进行液压动力分析的要点。分析在最小和最大井口关断压力下阀门的开关响应时间、阀门打开之后压力恢复时间、序列阀门开启时间、ESD指令下关阀响应时间等,并将分析结果和实际生产情况进行对比,可知该液压系统的各项性能指标均满足相应标准和规范的要求。

深水脐带缆终端承载能力计算研究

脐带缆终端是水下脐带缆关键的硬件设备,其在深海环境承受载荷复杂恶劣,对连接系统的可靠性要求很高。以南海某气田使用深水脐带缆终端为研究对象,针对现场测试发现的屈服强度不足问题,依据ASME相关标准,对脐带缆终端关键连接部件按弹-塑性应力分析方法建立有限元模型并进行数值分析,得到其在极限工况下的弯矩能力、轴向能力和剪切能力。分析结果表明:深水脐带缆终端连接系统在复杂环境载荷下整体结构安全可靠,满足全局弹-塑性失效评估的标准;结合理论计算深水脐带缆终端连接系统局部塑性变形大小均小于许用值,满足局部弹-塑性失效的要求;材料屈服强度越高,承载能力越好,通过工程实践选用较为保守的方案,海上施工作业和水下连接过程中表现优异。研究成果可为脐带缆终端设计和现场工程应用提供理论基础和技术参考。

弧面凸轮高速铣削的试验研究

在五轴联动加工中心上进行了弧面凸轮的高速铣削试验,研究了切削用量对弧面凸轮轮廓表面粗糙度的影响规律。结果表明:提高切削速度、减小切削深度有利于减小轮廓表面粗糙度值;当每齿进给量f<0.08mm时,其对表面粗糙度的影响不明显。

一种基于多重网络应用的海上平台三地控制模式设计

随着海上油气资源勘探开发逐步进入深水区,水下生产系统的应用也逐步得到推广。在水下生产系统的应用过程中,出现了将控制系统部署在近端平台,将水下生产系统产出的油气,通过海管输送到远端平台处理的情况。水下生产系统的控制系统与生产处理装置不在同一地点,导致不同的系统间出现了远程协同需求。本文主要通过对水下、水上生产控制系统架构、通讯拓扑进行重新设计,介绍一种基于卫星网络、散射网络和微波网络三重网络的拓扑结构,在网络资源有限的条件下,实现将工业控制系统与重要的生产辅助系统的联合部署,实现本地、油气物流接收地、陆地遥控终端的三地联网,并设置本地控制模式、接收地远程控制模式和陆地台风遥控模式,使得各系统能够高效协同。

圆盘泵叶轮结构改进及固液两相流的数值模拟

针对混输圆盘泵在输送原油介质时存在的扬程和效率低下的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改进,并采用欧拉多相流模型,标准k-ε湍流方程与SIMPLE算法对改进后的圆盘泵内部固液两相湍流进行了数值模拟,得到泵内流场压力和速度的变化规律,以及不同固相颗粒浓度与泵的扬程、效率和出口质量流量的关系曲线.结果表明:流体在从泵进口到出口的过程中,静压和总压持续上升,最高压力出现在蜗壳螺旋段与扩散段结合处的外壁面处;固相颗粒主要集中在叶片工作面,从而会加剧叶轮叶片的磨损破坏速度;泵的扬程和效率随着固相颗粒浓度的增大而略有增加,通过比较改进前后圆盘泵的扬程曲线发现,改进后的泵的扬程提高明显.

厚壁盲孔深水管道连接器锻件材料均质化工艺开发

国内某深水气田管道连接器受复杂工作载荷和极端环境载荷的耦合作用,对连接器锻件材料的力学性能及其稳定性要求极高。对于深水管道连接器长期压力帽采用的壁厚较大且内部流道复杂或盲孔设计的ASTM A694 F65 SFC3级锻件材料,采用常规工艺热处理后,测试发现材料的低温冲击韧性较好,但屈服强度低于相关标准要求。优化了ASTM A694 F65 SFC3级锻件材料各合金元素化学成分配比和热处理工艺参数,研制并应用新型淬火冷却工装对材料进行热处理。测试结果表明,工艺优化后ASTM A694 F65 SFC3级锻件最大壁厚处的全截面试样的屈服强度和低温冲击韧性稳定,且满足相关标准规范的性能要求。

化学成分对深水管道连接器A694 F65钢冲洗压力帽锻件力学性能的影响

针对某深水管道连接器A694 F65钢冲洗压力帽锻件,在满足标准要求的前提下,设计了两种不同化学成分即合金元素存在微量差异的锻材方案,采用相同的锻造和热处理工艺进行加工制造,对两种锻件产品进行力学性能测试和金相检验。结果表明:为保证可焊性,在考虑碳当量的同时,降低碳、锰含量,提高铬、镍和钼等合金元素含量,锻件的显微组织为所需的贝氏体+铁素体,非金属夹杂物含量较低,材料强度满足产品设计要求;锻件低温冲击韧度满足产品设计要求,在-46℃和-18℃温度下的冲击韧度测试结果差异较大,随着测试温度的升高,冲击韧度测试结果的稳定性提升。

两段膨缩型阻燃剂对ABS材料的应用

聚磷酸铵-聚对苯二甲酰乙二胺(APP-PETA),聚磷酸铵-聚对苯二甲酰己二胺(APP-PA6T)和聚磷酸铵-聚对苯二甲酰对苯二胺(APP-PPTA)膨胀阻燃体系在添加量为30%或者更多的时候,对ABS材料有良好的阻燃效果,但是一旦添加量少于30%,这3个体系就无法使ABS保持良好的阻燃性。为了提高这类膨胀阻燃剂的阻燃效率,在这类阻燃体系中引入第二酸源红磷,通过分析其阻燃效果和残炭红外后,选择PETA和PPTA 2种酰胺作为成炭剂,APP和红磷作为酸源,组成双阶膨胀阻燃剂。双阶阻燃剂对ABS有良好的阻燃效果,30%的添加量能使树脂氧指数达到34并通过V-0级测试,20%时仍可以使材料保持27的氧指数并通过V-0级测试。残炭红外分析显示,双阶阻燃剂内部有协效反应,可以使得阻燃作用时间延长。碳层宏观形貌显示阻燃剂有膨胀和收缩过程两段,第二段能使碳层更致密。阻燃ABS完全燃烧残留层SEM图显示,30%和20%的共混阻燃剂可以形成均匀致密的碳层保护层,给予ABS良好的阻燃性能。

深海安装工况下水下采油树鹅脖连接器安全性能分析

鹅脖连接器被广泛应用于水下采油树等结构物之间的软管连接。其深海安装作业风险高、要求严,因此研究鹅脖连接器安装工况下的安全性能对确保水下采油树乃至整个水下生产系统的平稳运行具有重要意义。针对南海某1500 m水深气田使用的采油树鹅脖连接器深海安装工况,对软管首末两端的鹅脖连接器进行有限元分析确定应力集中区域,并基于ISO标准施加1.5倍设计载荷对连接器高应力区域进行应力集中验证。结果表明:连接器各部件最大Von Mises应力均小于许用应力,整体结构强度满足相关标准要求;高应力主要集中在吊耳、提升外框的底板和锁板以及软管接头,在设计时应予以重点关注;此类区域最大主应变和等效塑性应变均满足标准要求。现场安装结果表明,末端鹅脖连接器与软管接头的静态载荷实测值远小于极限载荷,整个海上安装及水下连接安全可靠。本文研究成果可为水下采油树鹅脖连接器的结构设计和深海安装提供参考。