井下连续管力学行为分析软件及应用

连续管技术已广泛应用于多种井下作业,但因其在井下受力复杂,经常会出现断裂、卡堵等井下事故。为此,基于不同井眼轨迹中连续管的受力特点,运用现代力学理论及方法,结合其具体的作业工况,开发了井下连续管力学行为分析软件,并运用软件对连续管井下作业进行了实例分析计算。分析结果可用于指导连续管作业施工方案的设计、连续管注入头改进设计以及连续管井下安全性评价等,对于提高作业施工质量,减少作业事故,降低施工成本都具有现实意义。

钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟

为了分析钻井防喷器剪切闸板结构因素对其性能的影响,以及剪切闸板在剪切钻杆过程中的三维力学行为,在分析防喷器剪切闸板结构原理基础上建立了剪切闸板不同型式的三维模型,采用ANSYS显示动力学对剪切闸板剪切钻杆井下三维力学行为进行数值模拟,并对上剪切闸板的下颚长短和刃角大小等闸板参数进行了分析。分析结果表明:上剪切闸板的长下颚型式在前段力稍微大些,但是后段由于长下颚的支撑,更易剪断钻杆;钻杆在承受拉伸载荷时更易剪断,而剪切试验中钻杆是处于无拉伸状态下,应适当提高剪切力;下剪切闸板为V形刃口比平刃口更有利于剪切钻杆,并有利于钻杆的回正;刃角分别为14°和20°时,后者在前期所需的剪切力较前者小,有利于钻杆的初始破坏。研究结果对于防喷器剪切闸板的优化设计具有一定的参考意义。

井下连续管轴向力及其影响因素分析

针对连续管在井眼中的受力特点,考虑连续管自重、井壁支反力、井壁对连续管的轴向摩擦力、连续管内外流体压力和粘滞阻力、井斜角、方位角以及流体对连续管的浮力等对连续管力学行为的影响,建立了井下连续管轴向力分析模型。编制了相应的力学分析软件,并结合具体的作业工况,对连续管轴向力及其影响因素进行了深入分析。计算结果表明,摩擦因数、连续管尺寸改变了连续管轴向力的分布,井眼尺寸对其轴向力的影响很小。该分析方法与分析结果可用于指导现场连续管井下作业的设计与施工。

高精度深水钻井补偿系统集成设计

深水钻井补偿系统是海洋深水资源开发的关键装备。以最大补偿载荷4 500 kN、补偿精度90%、适应全球海域全天候作业要求为目标,开展了补偿系统集成设计研究。分析五种补偿类型和三种补偿机理与钻探系统的适应性及对补偿系统综合性能的影响,选择适应钻采船作业要求的补偿型式。通过补偿系统整体配置计算,确定系统主要参数。对比分布式和集中式控制两种方案,最终确定分布式控制形式。通过布置方案和结构优化,以提高作业效率、降低作业成本、提高操作维护性为目标,形成高效作业的深水钻井补偿系统集成设计解决方案。最后通过试验验证了设计方案的合理性。

大通径压裂快速连接管汇技术现状及发展建议

介绍了大通径压裂快速连接管汇的组成、类型及发展现状,重点对国内外大通径压裂快速连接管汇技术特点进行了详细分析,总结出我国大通径压裂快速连接管汇今后的发展方向,并提出搞好当前设备研发的几点建议。

海洋平台吊机吊臂参数化设计及优化

以某型号平台吊机的吊臂为研究对象,研究了海上作业时最不利工况下的力学分析。并基于APDL语言,以吊臂的主杆、腹杆、钢丝绳的截面参数为设计变量,以各个杆的应力不超过其材料的许用应力为约束条件,以整个吊臂的挂质量为目标函数,经过零阶优化,得到符合约束条件且质量较轻的截面参数,可为平台吊机的轻量化设计提供参考。

海洋钻井隔水管处理系统技术现状与关键技术

加大隔水管处理系统技术研究力度,快速实现该系统的国产化对推动我国海洋石油装备的全面发展意义深远。在介绍国内、外隔水管处理系统发展现状的基础上,对隔水管处理系统进行了技术分析,主要包括卧式隔水管处理系统和立式隔水管处理系统,并将两者进行了对比,其主要不同为存储方式对平台结构的影响、工作效率与安全性、隔水管移运吊机和存储指梁。我国要开发具有自主知识产权的隔水管处理系统,需攻克的关键技术有隔水管移运载荷分析、控制系统设计及系统安全性设计。建议我国从立式隔水管处理系统入手,研究试制其重要单元设备,逐渐形成系统开发,并最终达到成套开发的目的。

压裂井口管汇连接技术分析及对比

压裂井口管汇连接是指管汇撬到井口的管汇的连接,其将压裂车增压后的高压流体输送到井口,是压裂施工中最易失效的部位。常规井口管汇连接是由直管、弯管、接头、阀门等连接而成,在大规模压裂时,常规井口管汇连接工作量大、时效低、安全风险高、成本高。针对这些问题,推出了大通径单通道井口连接装置、压裂井口快速连接装置和大通径软管应用这3种新技术。分析了这3种技术的关键技术和特点,并指出了这3种技术在现场应用的优缺点,对国内研究压裂井口管汇连接装置具有借鉴意义。

海洋勘察船基盘收放系统研制及应用

基盘收放系统是勘察船钻探系统的关键部件,主要用于钻柱定位、基盘收放及井口取样监控等工作。为解决基盘恒张力收放、井口定位和监测控制等问题,开展了基盘绞车、补偿装置、勘察基盘和脐带缆绞车的结构分析,对补偿装置和勘察基盘进行了理论计算与技术方案分析,基于此设计了配套于“海洋地质十号”勘察船的基盘收放系统。对该系统进行了厂内试验和现场应用,应用结果表明:基盘绞车和脐带缆绞车提升及下放功能、补偿装置恒张力补偿功能、脐带缆绞车恒张力功能、勘察基盘监测及控制功能均满足设计要求,取得了预期的使用效果。该基盘收放系统的研制及应用推进了海洋勘察关键装备的国产化进程,也为后续3000 m水深基盘收放系统的研制和地质调研提供了一定的参考。

隔水管张紧装置抗反冲控制算法适应性研究

为进一步验证隔水管张紧器在紧急脱离时抗反冲控制的适应性,建立了隔水管系统抗反冲控制仿真模型,采用AMESim平台分别进行了位置和速度两种抗反冲控制算法的建模,针对不同海况、钻井液密度及脱离时间等工况的模型输入参数,研究了两种算法的适应性。研究结果表明:利用张紧装置进行隔水管紧急脱离的抗反冲控制是一种切实有效的途径;张紧装置适配船型的最大紧急脱离海况为7级;速度控制算法适用于钻井液密度较低的情况,而位置控制算法适应性更广;紧急脱离时间宜选在船体处于升沉最高点到向中位下降的区间,且选用位置控制算法,可使紧急脱离时安全性能更高。研究结果可为隔水管张紧装置设计及性能优化提供理论依据。

基于AMESim的海底基盘液压系统设计研究

为了提高海底基盘液压系统的可靠性,保证海底取样作业的连续性和稳定性,对海底基盘液压系统进行了设计研究,利用AMESim软件分析了压力补偿器设计及选型的关键影响因素,并搭建了海底基盘电-液联合仿真模型,在海底响应温度和水压下研究海底基盘的运行情况,同时进行了能耗分析,提出了能耗改进措施。分析结果表明:压力补偿器自身特性使工作舱室内部压力高于外界海水压力成为可能;海底基盘设备舱室的最高耐压压力应根据压力补偿器、管线和充油溢流阀等共同决定,在设计计算时需充分考虑;海底基盘电池组能量主要消耗在为蓄能器充液上,适当改进海底基盘的工作流程,在保障安全的前提下,可大幅提升其在海底的水下自持能力。所得结果可为后续产品的计算和设计优化提供参考。

NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车研制

针对山区、沙漠和丘陵地区油气田的开发要求,为解决高压力、持续固井和泥浆密度控制精度等问题,开展NC5340TGJ型双机双泵固井水泥车的研制工作,攻克了电控系统集成、自动混配算法、行驶稳定性校核等关键技术。该型号固井水泥车采用2套驱动和泵送装置,可实现同时或单独施工作业,其输出最高压力为100 MPa,最大排量3 m3/min,且具备手动、自动、半自动3种混浆模式。整车布局合理,结构紧凑,运行稳定性和可靠性满足当前油气田固井作业要求。NC5340TGJ型固井水泥车已完成表层套管固井、技术套管固井等多口井施工作业,水泥浆密度波动值为±0.02 g/cm3。

深水半潜式钻井平台BOP/采油树处理系统研究

结合目标平台的总体布置及作业工艺,对半潜式钻井平台BOP/采油树处理系统配套形式进行研究,优化出适用于目标平台的系统设备组成及下放工艺流程。阐述了组成单元设备的功能、结构特点;总结了开发过程中载荷工况,分析了电液控制系统、行走驱动机构形式、滚轮选取等方面的设计要素及特点。可为半潜式钻井平台BOP/采油树处理系统的设计提供参考。

基于AMESim的海底基盘用液压钳的应用研究

针对海底基盘夹持钻杆部分液压系统,对夹持钻杆的工作过程建立了AMESim仿真模型,通过该模型来支持系统的需求定义、设计、分析、校核和验证,大大缩短了从产品概念设计阶段到产品出厂的整个开发周期。仿真结果与试验结果基本吻合。

PDMS建库技术及其在BOP移运装置的应用

为了实现多专业实时协同设计,建立一个详细的BOP移运装置的3D数字化模型。针对PDMS软件在BOP移运设备上的应用,系统地阐释了PDMS软件在项目实施过程中管道建库方面的基本设计流程,希望通过该文为今后其它项目建库提供参考。

海洋勘察基盘系统研制与应用

针对海洋地质勘探及取样工况作业要求,为解决井口导向定位、钻具夹持稳定、井口监控、线缆同步收放等问题,开展了中继箱、脐带缆绞车、勘察基盘及控制系统的技术研究,进行了详细技术方案设计、厂内试验和现场应用,研制了一套适用1200米水深海洋勘察基盘系统,采用高压输电、脐带缆恒张力收放、海底光电液复合控制等技术,通过厂内测试并在南海现场应用,进行了10余次的钻探取芯作业,成功取得180余米的海底样品。应用结果表明:海底检测控制、井口定位和钻杆夹持等功能均满足设计要求,推进了海洋勘察关键装备的国产化进程,为后续地质科学考察和超深水勘探取芯提供了一定的参考及基础。

水下采油树输油管道几何参数敏感性分析

水下采油树输油管道内原油容易受到海水冷却作用,形成沉积甚至堵塞管道。在总结运行参数对输油管道内液体流动性影响的基础上,建立椭圆、圆形、矩形等不同类型的输油管道的模型。在无保温层条件下,以相同的速度入口、压力出口、光滑壁面为流体域边界条件,采用流场分析软件,分析输油管道的几何参数对液体流动性的影响。该项分析结果表明,当输油管道具有相同的运行参数时,非圆形截面的输油管道能够更有效地卷吸管道内的流体。该项研究成果可以为海底输油管道的选型提供一定的参考。

1500 m超深水海洋生产立管系统选型与配置研究

对顶端张紧式立管(TTR)系统的选型与配置技术进行了分析,介绍了生产立管系统关键装备的功能、结构特点及安装位置。在此基础上,考虑外立管、内部油管及原油等影响因素,计算确定了立管系统顶张力,完成了生产立管标准单根、应力单根的结构设计及立管系统其他作业装备的选型研究,通过系统选型与配置形成适用于1500m超深水、满足内压35MPa的生产立管系统,为我国开展生产立管系统关键装备研制与应用奠定了基础。

NC5440TGJ电驱固井车车架力学性能分析与研究

针对NC5440TGJ电驱固井车在运移中出现异响的问题,对车架开展了4种工况下的静力学分析,得到相应工况下车架的应力、变形云图。根据分析结果可知,固井车在运移过程中应力最大的是满载扭转工况,其最大应力为292.05 MPa,变形为2.7 mm。最后提出在主车架下部增加加强板的措施,该改进措施获得了用户好评。