带阻流板海底管道管跨绕流流场分析

根据流体动力学原理建立了二维平面势流计算模型,利用FLUENT软件分析了阻流板对升力系数、曳力系数、缝隙流体速度、漩涡泄放频率等海底管道管跨绕流流场参数变化规律的影响,以及带阻流板海底管道实现"自埋"的原因。研究结果对于带阻流板海底管道的工程设计具有一定的参考价值。

螺旋列板绕流流场CFD分析

隔水管是海洋钻井作业的关键设备,其安全性至关重要。涡激振动是隔水管失效的重要因素。水深小于500m时,优化隔水管系统可以避免使用涡激抑制装置,超过1000m,必须采用涡激抑制装置。螺旋列板是现场常用的涡激抑制装置。基于流体动力学方法,利用FLUENT软件求解螺旋列板三维绕流流场的控制方程,同时计算了钝体隔水管三维绕流流场,流场参数(升力系数、曳力系数、涡量等)特征进行对比分析,显示出螺旋列板在涡激抑制方面的优势。计算结果表明,虽然螺旋列板能够减小横向升力,但同时会导致流向曳力明显增加。

减振器绕流流场的CFD分析

深水钻采作业过程中使用的各种立管，在海流作用下容易发生涡激振动，引起结构破坏。减振器作为抑制涡激的装置，在现场取得了较好的效果。针对不同尾角结构的减振器，通过流体动力学（CFD）方法，求解NS方程，得到减振器绕流流场的分布，以及横向力、曳力系数的变化规律，通过分析减振器涡激抑制的机理，提出尾角结构的最佳尺寸；针对各种不同方向的来流，计算了减振器的横向力、曳力系数，得到了来流方向对立管涡激振动的影响。结果表明，来流方向与减振器尾角对称轴线方向保持一定的角度时，减振器的效果更佳。

海洋并列立管涡激振动参数分析

利用流体动力学(CFD)方法,分析并列布置立管流场的特征;研究雷诺数和并列立管间距对流场的影响;分析上下侧立管流场参数,包括升力系数、曳力系数、斯特劳哈数等变化规律,并与孤立立管流场参数进行对比,为并列布置立管涡激振动分析提供必要的流场参数,同时为立管群涡激振动分析提供参考。分析发现,并列立管之间的相互作用会使漩涡泄放增强,导致两管柱升、曳力系数升高。因此海洋多立管常规分析方法中,忽略管柱相互影响计算的升曳力是不准确的,具有一定的风险性。

阻流板管跨结构涡激振动耦合简化模型

管跨结构的涡激振动分析是海底管线疲劳分析和安全评价的重要环节。然而对于带阻流板的管跨结构,由于其结构的特殊性,导致流场在绕流过程中产生的升力系数具有明显的非对称性。传统涡激振动的研究方法,无论是否考虑液固耦合作用,都无法考虑升力的非对称性。针对带阻流板的管跨结构特点,提出了升力系数幅值和升力系数附加值的概念,升力系数幅值主要描述升力的对称性,升力系数附加值主要描述升力的非对称性。另外针对带阻流板的管跨结构,提出了考虑液固耦合条件下的简化计算模型。

基于CFD的深水隔水管螺旋列板几何参数优选

基于计算流体动力学方法(CFD),利用FLUENT软件计算亚临界雷诺数条件下隔水管和螺旋列板的升力系数和曳力系数等流场参数并进行对比;以流场参数为目标函数,建立正交数值模拟试验,并对螺旋列板几何参数进行敏感性分析,确定几何特性对列板性能的敏感度。结果表明:列板高度和条数对减振功效和曳力性能都有显著影响;优化的几何参数组合可为现场应用中螺旋列板的结构设计提供参考。

深水空心球双梯度钻井技术

空心球双梯度钻井是由Mauler公司研发的一种新型深水钻井技术。在空心球双梯度钻井系统中，泥浆和空心球在钻井平台上混合并泵送到海底注入隔水管内稀释管内泥浆密度与海水相当，以实现双梯度钻井的目的。其中空心球材料可以是玻璃，塑料，复合材料，金属等。该系统的主要优点是除了在海底安装一个控制阀门之外，不需要增加其它新设备。本文简要介绍空心球双梯度钻井系统的工作原理和工艺流程，以及空心球注入、分离等关键技术，并对该技术的应用前景作了展望。

波状圆柱绕流流场CFD分析

波状圆柱是一种新型涡激抑制装置,对海流方向不敏感,可应用在海流变化频繁的海洋环境中。为研究其在海流中的涡激抑制性能,基于流体动力学方法,利用Fluent软件对波状圆柱进行三维绕流流场分析和流场参数计算,对比分析钝体隔水管,明确表面结构对波状圆柱减振功效的影响,提出波状圆柱在海洋环境中涡激抑制方面的优势。结果表明,波状圆柱具有稳定的涡激抑制性能,横向升力显著减小,轴向曳力虽有增加,但幅度较小,有望应用于深水隔水管的涡激抑制。

基于模糊控制理论的修井隔水管系统反冲控制

修井隔水管系统是修井作业的关键装备,修井隔水管系统紧急解脱后的反冲过程极易发生事故。为解决修井隔水管系统反冲控制问题,降低反冲过程中发生风险的可能,基于模糊控制理论提出了一种修井隔水管系统反冲控制方法。基于液压动力学建立了分体式张紧系统模型,采用集中质量法将修井隔水管柱离散成弹簧-质量-阻尼单元,建立了修井隔水管系统动力学模型。根据模糊控制理论并结合修井隔水管系统反冲控制规律,设计了模糊控制器,采用Matlab/Simulink开发修井隔水管系统仿真模型并进行仿真计算。研究结果表明,模糊控制能较好地实现修井隔水管系统反冲过程控制,相比于无控制器和PID控制,模糊控制下的反冲过程修井隔水管系统的轴向位移波峰值更低,波谷值更高,所设计的模糊控制器在不同张力比和平台运动幅值下具有较好的适应性。

深水中型修井系统设计与整体强度分析

中型修井系统进行修井作业能在作业类型和成本上取得平衡,是深水水下井口修井作业未来的发展趋势。基于轻型工程船舶,提出了一套针对水下井口的深水中型修井系统整体设计方案,详细介绍了底部总成、修井隔水管及提升框架等主要部件;建立了深水中型修井系统整体动力学分析模型,利用有限元方法分析了系统的强度响应。分析结果显示:深水中型修井系统可为深水修井提供流体流动通道,使得修井液、连续管等能在修井隔水管内的通道进行修井作业;随着轻型工作船舶偏移量的增大,在锥形应力短节处的等效应力和弯矩随之增大;整套修井系统的最大弯矩和最大等效应力出现在锥形应力短节的底部,后续设计应重点关注底部锥形应力短节的受力状况。研究成果可为我国深水修井装备和技术发展及其在深水油气田的安全应用提供参考。

浅水隔水导管动态响应及涡激振动疲劳损伤

介绍波浪海流作用下的隔水导管动力学模型,总结极限强度分析、稳定性校核和涡激振动Vortex Induced Vibration(VIV)疲劳损伤分析方法,并就某隔水导管实例分析动态响应和VIV疲劳损伤,得到隔水导管的极限强度结果、稳定性校核结果、VIV疲劳寿命满足钻井作业要求。所提出的隔水导管振动响应、VIV疲劳损伤及寿命分析方法为隔水导管的安全保障提供参考和技术支撑。

基于局部等效方法的深水水下井口半解耦分析模型

波致、涡激和浮式钻井装置运动引起的疲劳是深水水下井口失效的主要形式之一,井口动力分析方法的选取直接影响水下井口疲劳评估的效率和准确性。针对采用局部精细模型对井口进行动态响应分析时的耗时和精度低等问题,提出基于局部等效方法的深水水下井口半解耦分析模型,研究隔水管-井口整体分析模型中的井口局部等效方法,考虑管土作用建立水下井口局部有限元模型,建立梁和弹簧组合的井口局部等效数学模型,推导梁单元和弹簧单元参数计算公式。采用该半解耦模型进行南海深水水下井口分析,将静力分析结果与精细有限元模型分析结果进行对比,并将动力分析结果与解耦、全耦合两种方法进行对比。结果表明,提出的井口等效模型计算精度高、效率高,可为开展水下井口系统动态响应分析和疲劳评估提供一种高效算法。

中国深水钻井隔水管监测技术研究进展

深水钻井隔水管监测是海洋油气钻探开发的重要环节,是降低失效风险、预防事故发生、确保安全服役的重要手段。围绕中国深水钻井隔水管监测技术的发展,详细介绍了深水钻井隔水管监测技术目前已取得的进展及现场应用情况,对比分析了中国自主研制的深水钻井隔水管监测系统与国外2H海洋工程公司、康斯伯格公司监测系统关键性能指标,并探讨了中国隔水管完整性监测未来的发展方向,旨在促进形成拥有自主知识产权的海洋管线监测技术持续发展,以期为中国深水油气钻探开发的安全进行提供技术保障。

南海超深水井钻井隔水管悬挂模式的环境适应性分析

每年7月至11月为南海海域台风高发期,频繁的台风严重影响了深水钻井作业效率和安全。对于超深水(水深大于1 500 m)钻井,在台风到达井位之前完成井口处理和隔水管回收,时间是一个严峻的挑战,因此一旦遭遇台风,撤离钻井平台须考虑悬挂隔水管的备用方案。以南海某超深水井(水深2 460 m)为例,分析了钻井隔水管硬悬挂和软悬挂模式下影响隔水管安全的主要因素,探讨了各个因素对波浪和海流的适应能力与敏感性。研究结果表明,多数条件下软悬挂隔水管模式对波浪和海流的适应能力更强,硬悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于应力和挠性接头转角,软悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于挠性接头转角和伸缩节冲程。上述认识可对深水钻井隔水管系统安装和应急悬挂条件下的作业安全提供参考。

新型深水钻井隔水管悬挂系统设计

南海海域台风频发,对于深水浮式钻井平台,常规避台模式要求回收所有隔水管,但是在深水、超深水海域,这种应对台风的方案有其局限性。据测算,水深超过1 500 m时,台风准备时间(回收所有隔水管、处理井口的作业时间)超过4天,而目前天气预报的水平只能提前4~5天,因此常规避台难度极大,经常会遭遇到还没有起完隔水管,台风已经逼近平台位置的情况,悬挂隔水管成为一种不得不面对的防台避台方案。硬悬挂和软悬挂是目前悬挂隔水管两种常见的模式,由于软悬挂能够补偿和缓解钻井船升沉施加在悬挂隔水管上的动态载荷,因此业内普遍认为软悬挂模式在提高悬挂隔水管对海洋环境的适应能力方面具有一定的优势,但是常规的软悬挂模式作业程序复杂,而且实施过程中存在伸缩节、张力器液缸等相关设备冲程超标的风险。通过对隔水管悬挂状态下横向和轴向的动力响应进行分析,确定了限制隔水管悬挂安全的主要因素,针对隔水管应力超标和转角过大、干涉等风险,设计了一种具有加装扶正器的锥形悬挂短节;针对悬挂隔水管的轴向压缩风险,研制了一种具有补偿功能的隔水管悬挂装置,降低了悬挂隔水管动态载荷产生轴向压缩和动态应力超标的风险。定量评估表明使用新型隔水管悬挂系统,可以将常规的悬挂窗口由不足10年一遇波流环境条件提高到满足100年一遇的波流环境条件,大大提高了悬挂隔水管的安全性。

钻井隔水管涡激振动监测装置海上试验

涡激振动引起的应力和疲劳损伤是影响钻井隔水管作业安全的重要因素,设计阶段往往采用严苛的海洋环境参数,虽然可以保证系统安全,但是却会影响钻井时效。本文利用加速度监测装置对南海X-1井进行了隔水管的涡激振动监测,通过对监测数据的频谱分析,发现隔水管产生涡激振动的频谱具有明显的锁频特征,并且涡激振动并不存在于整个作业过程,因此在实际作业阶段隔水管参与涡激振动的模态最高阶次存在超过设计预期水平的可能性。本文提出根据实测数据预测和评估钻井隔水管涡激振动响应的方法,对保证隔水管系统作业安全具有重要意义。

智能完井井下流量阀液压控制系统设计

智能完井系统通过对井下产层流体参数的监测和控制,可以实现多层合采、层间优化、单采等多生产模式的任意切换。目前提供智能完井服务的公司都推出了以液压驱动为主要控制形式的井下流量阀控制系统,并在油田生产中成功应用。结合智能完井的技术要求,提出了一套井下流量控制液压系统的设计方案,可实现井下多目的层的分层选择和控制,利用3条控制管线,即可实现目前油田生产所需的2～6层的开发需要,可以减少安装过程中连接穿越管线的繁琐工作,为智能完井配套工具的标准化提供了支持。

台风应急期间深水钻井隔水管悬挂撤离安全分析

对于半潜式钻井平台,常规应对台风的程序是回收所有的钻井隔水管,航离台风路径,但是回收隔水管的作业时间较长,有时无法保证回收所有的隔水管,因此,悬挂隔水管可能无法避免。为保证钻井平台悬挂隔水管航行时隔水管的安全,以悬挂状态下的隔水管为研究对象,考虑隔水管动态张力、弯曲应力、隔水管转角及与月池的空间干涉等因素,利用有限元分析方法建立了悬挂模式下的隔水管轴向动力学模型。利用该模型,以南海某超深水井（水深2 460m）为例,分析了不同悬挂模式、钻井船撤离航速、航向对隔水管安全性的影响。结果表明：硬悬挂模式下,航速为2kn时,安全撤离航向为0°-45°;软悬挂模式下,航速为2kn时,安全撤离航向为0°-90°;同样海况条件下,软悬挂模式允许的钻井船航速比硬悬挂大。这表明软悬挂撤离模式比硬悬挂撤离模式对波流载荷的适应能力要强,悬挂隔水管避台风撤离时,应优先选用软悬挂模式。

深水水下防喷器控制系统蓄能器能力分析

根据蓄能器系统的工作环境和工作状态,将水下防喷器控制系统蓄能器分为地面蓄能器、水下蓄能器和应急蓄能器等3类,分析了水深对不同蓄能器系统主要参数的影响。提高蓄能器的承压能力,可以减小控制系统的预压力,从而减少地面蓄能器的个数,节省平台空间。不同蓄能器系统主要技术参数随水深的变化趋势差异较大,在蓄能器系统控制能力设计与校核时须特别注意。

基于Fluent的海管内停输管内原油温度变化过程分析

海管是海上油气田开发的关键设施，其安全性必须得到保证。海管停输作业过程中，由于海水的冷却作用，导致管内原油温度降低，当原油温度低于临界温度时，将发生凝固现象，这将对海管的重新启动产生不利影响。因此，分析海管停输过程中，管内原油温降规律和凝固过程对于安全停输时间的设定、重启方案制定具有重要意义。本文利用FLUENT软件对海管停输温降过程进行了数值模拟，对比分析了保温层海管和裸管在停输过程中，原油温度的变化过程，算例中发现保温层能够延长海管原油的发生凝固的时间，裸管内原油出现凝固的时间比保温层海管内的少1／5；通过敏感性分析，讨论了保温层材料参数对管内原油温降过程的影响，结果发现，保温层热传导系数对原油温降过程影响远大于密度和比热。本文的结论对于海管停输温度场的分析、海管安全停输时间的设定、保温层材料的选择具有一定的参考意义.