基于黏度敏感性的流量控制阀研究及应用

在石油开采过程中,由于底水锥进、储层非均质性等原因会出现油层出水现象,这会导致产油量递减加快,于是不断有新技术被应用到油井完井之中,以达到延缓水突破和控水增油的目的。为此,文中研发了一种基于流量控制阀的控水技术,该结构可根据流体黏度大小自动控制阀体过流量,限制低黏度流体的通过性,在一定程度上起到了控水的作用。借助CFD软件对该项技术进行深入研究,并通过对流场特性分析,剖析了其工作原理及工作特性,该技术经渤海油田现场应用验证,取得了显著的控水增油效果,为控水生产的相关工具开发提供了理论依据及技术支撑。

水下采油树油管挂C型锁环高效力学分析

为了有效解决水下采油树与油管悬挂器锁紧时,C型锁环与其驱动部件接触非线性和大变形非线性导致的计算收敛困难、速度慢的问题,提出了一种直接在C型环上加载径向位移替代传统驱动部件加载的方式进行有限元分析,并结合与驱动部件之间的力学关系推导获取C型环力学分析结果的方法。建立了C型锁环在径向位移加载下的理论数学模型,通过有限元分析验证了理论模型的正确性;结合实际应用模型,验证了该力学分析方法可有效提升有限元分析的收敛速度,具有较强的可行性与高效性,对类似部件力学性能分析具有重要的借鉴意义。

深水钻井隔水管连接作业窗口分析

采用通用组合确定准则和非线性搜索方法研究深水钻井隔水管连接作业窗口,建立隔水管-井口-导管整体有限元分析模型,并以钻井平台偏移值、表面海流流速和伸缩节冲程组合参数形式确定隔水管连接作业窗口。研究表明,隔水管钻井窗口总体上呈倒锥形:表面海流流速较小时(小于1.0 m/s),钻井窗口主要受底部挠性接头转角的影响,顺流方向海流流速增加会增大底部挠性接头转角,减小允许的平台最大偏移值,逆流方向相反;当表面海流流速超过1.0 m/s时,钻井窗口主要受顶部挠性接头转角的影响,此时在逆流方向海流流速增加会显著增大顶部挠性接头转角,导致钻井窗口迅速缩小。隔水管连接非钻井和启动脱离程序窗口主要受导管最大等效应力限制,随海流流速增大向逆流方向偏移。另外,通过对隔水管连接作业窗口影响因素进行分析,可知适当提高顶张力和降低钻井液密度可有效扩展隔水管的钻井窗口。

深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法

隔水管悬挂窗口为允许隔水管进行悬挂作业的环境载荷极值条件,钻前形成悬挂窗口对于指导隔水管现场作业至关重要。提出隔水管软、硬悬挂模式作业窗口分析方法,建立隔水管轴向动力分析有限元模型,基于隔水管悬挂作业限制准则,进行不同海况条件下的隔水管悬挂窗口研究。波高周期作业窗口分析表明,隔水管硬悬挂窗口受平台升沉运动与波浪周期共同影响,波浪周期在10～16s、20～24s之间的作业窗口较窄,硬悬挂自存时推荐平台艏向取45°浪向角;隔水管软悬挂窗口主要受伸缩节冲程限制,不同浪向角下的作业窗口基本相同。波浪海流作业窗口分析表明,海流流速越大隔水管悬挂允许的最大波高越小。对比两种悬挂模式下的作业窗口,软悬挂模式较大地扩展了隔水管的悬挂作业窗口。

超深水钻井作业隔水管顶张力确定方法

对于深水和超深水钻井作业,确定钻井隔水管系统顶张力是钻前设计非常重要的工作。研究三种隔水管系统顶张力确定方法,分别是理论方法、基于隔水管系统底部残余张力方法和基于下放隔水管系统的最大钩载方法。算例计算与超深水钻井实践对比表明,在相同的隔水管系统配置下,三种方法计算结果都接近于实际钻井作业时的顶张力设定值。但研究认为,基于下放最大钩载的顶张力计算方法简单实用,推荐作为优选方法。

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。

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。

超深水钻井隔水管-井口系统涡激振动疲劳分析

超深水钻井作业经常发生隔水管涡激疲劳问题,而由隔水管涡激振动(VIV)引起的井口系统疲劳可能更为严重。根据超深水隔水管-井口系统VIV疲劳分析算法与计算流程,建立隔水管-井口系统整体有限元模型,通过模态分析提取各阶模态下所有节点的振型、斜率和曲率,应用SHEAR7程序进行详细疲劳分析,识别系统关键疲劳部位,评估系统的VIV疲劳寿命,并研究顶张力、防喷器(BOP)、导管结构尺寸及井口出泥高度对井口系统VIV疲劳特性的影响规律。针对南海某超深水井的隔水管-井口系统进行实例分析,结果表明,超深水隔水管-井口系统容易发生多阶模态振动,系统最大疲劳损伤位于导管上,系统疲劳寿命满足作业要求,适当提高顶张力、采用小型化的BOP、增大导管抗弯刚度以及降低井口出泥高度均可有效改善井口系统的VIV疲劳性能。

海上油田砾石充填滑套冲蚀性能研究与改进

针对海上油田砾石充填滑套总成在防砂作业中易冲蚀而导致密封失效问题,通过ANSYS数值模拟和试验井试验验证相结合的方法对砾石充填滑套总成冲蚀性能进行了研究,结果表明充填滑套总成的充填孔、滑套孔及其对应的环空壁面是冲蚀最严重部位。提出了利用PVD技术对充填滑套总成的充填孔、滑套孔及其对应的环空壁面表面进行镀陶瓷处理的改进措施,形成了一套自主开发的抗冲蚀砾石充填滑套总成工具,目前已成功应用于渤海、南海和东海等海域共计82口井120多层砾石充填防砂作业中,滑套密封性能均良好。

海洋油气立管疲劳试验方法

作为海洋油气开发的关键设备，立管（隔水管）面临疲劳失效风险。为了准确预报并提高立管疲劳寿命，需要对立管进行疲劳试验。针对海洋立管疲劳试验，评述国外在这方面的研究成果，总结适用于海洋立管的疲劳试验方法，阐明不同试验方法的试验原理、试验机模型、优缺点及使用情况，尤其对轴向拉伸疲劳试验法和共振弯曲疲劳试验法给予关注。最后根据调研结果确定立管材料和结构疲劳试验方法及相应的试验参数，可为我国立管疲劳试验机设计及疲劳试验提供参考。

新型深水钻井隔水管技术进展及在我国南海应用的建议

新型深水钻井隔水管技术既可降低对钻井船的要求,也可显著减少深水钻井的作业时间,甚至无需改造和升级即可显著提高钻井船的深水能力。对近10年来国外研究与应用的新型深水钻井隔水管技术进行了概括,主要包括双梯度钻井隔水管技术,夹式隔水管与超静定集成系统,自由站立隔水管技术,高压表面防喷器钻井隔水管技术,细型钻井隔水管系统,非旋转钻杆保护器技术,非钢质钻井隔水管技术等,对部分新技术给出了适用性评价,并对深水钻井隔水管技术在我国南海的应用提出了建议。

国外深水钻井隔水管系统产品技术现状与进展

针对海洋钻井装备的重要单元——海洋钻井隔水管系统,其技术与产品一直被国外专业公司所垄断,而国内相关报道较少的现状,介绍了深水钻井隔水管系统的组成及各部件功能,以及国外钻井隔水管主要供应商如Cameron公司、Vetco Gray公司、法国石油研究院IFP和Dril-Quip公司等的产品技术特点和部件主要功能。由于接头是隔水管单根之间的重要连接,快速接头是减少非钻井时间的重要技术,特别介绍了深水钻井隔水管的接头技术,主要包括Cameron公司的LoadKing和RF螺栓法兰接头,Vetco Gray公司的MR—6E和HMF接头,Dril-Quip公司的FRC和QMFC接头,以及IFP的Breech-blocktype接头等7种隔水管接头。可为我国开发具有自主知识产权的深水钻井隔水管系统提供借鉴。

海上完井封隔器新型锚定卡瓦咬入套管分析

基于海上φ244.5 mm(9 5/8in)套管井内封隔器应用要求,对卡瓦进行受力分析,计算卡瓦咬入套管的深度。运用ANSYS软件建立卡瓦咬入套管二维有限元模型,研究80°、90°和100°等3种牙型角的卡瓦咬入套管深度和等效应力分布规律。研究结果表明,在相同的坐封压力、验封压力和承载情况下,80°牙型角卡瓦咬入套管深度最小,90°牙型角卡瓦咬入套管深度最大,大于90°咬入套管深度减小;随着卡瓦承受载荷的增大,卡瓦等效应力增大,验封过程中卡瓦应力均已超过材料屈服强度。卡瓦设计时除了需要优化其本身结构参数外,对选材和热处理也有特殊要求,应采用整体淬火+回火+表面渗碳处理,这样可将卡瓦表面硬度和强度提高近2倍。

应对深水井喷的简易防喷器应急技术研究

为有效解决深水井喷失控问题,研究了简易防喷器应急技术。采用预先危险性分析方法评估了简易防喷器作业风险,建立了隔水管-简易防喷器-导管耦合系统力学模型,研究了简易防喷器组合类型和配置方案的确定方法。以南海深水某油井为例,研究了顶张力、钻井船偏移、海流和关井压力对简易防喷器作业性能的影响,并基于极差分析和方差分析方法确定了影响简易防喷器作业性能的主要因素。研究表明,简易防喷器闸板数量对导管应力影响较小,为提高简易防喷器系统的可靠性,可选取五闸板简易防喷器;影响导管最大等效应力的因素依次为钻井船偏移、关井压力、海流流速和顶张力。根据简易防喷器应急技术研究结果进行应急预案制订和现场作业设计,可保障深水井喷应急作业的安全开展。

超深水隔水管悬挂动力分析与避台风策略探讨

对硬悬挂与软悬挂模式下超深水隔水管的轴向动力特性进行了研究,并探讨了隔水管的避台风撤离管理策略。研究表明,相对于硬悬挂模式,软悬挂模式更为安全可靠。推荐将隔水管软悬挂在钻井船上实施避台风撤离。如不具备软悬挂实施条件,部分回收隔水管并放任剩余部分硬悬挂在钻井船上实施撤离也是一种经济可行的方案。

基于仿真的海底钻井液举升钻井返回系统

介绍了一种适应于深海的无隔水管式海底钻井液举升钻井的返回系统,将其主要组件海底泵模块和套管等效为不同属性的管单元,运用ABAQUS软件建立1 500 m水深返回管线系统有限元分析模型,计算顶部支撑力,进行静态分析与涡激疲劳分析,运用Matlab处理结果文件,得到3种流况下返回管线的应力、弯矩、偏移及疲劳损伤曲线,计算结果验证了返回管线的安全性,对钻井液举升钻井的返回系统设计有一定参考意义。

深水钻井平台动力定位失效风险分析与控制

本文根据动力定位系统的组成,从动力系统、动力定位控制系统与人因三方面对平台动力定位失效风险进行定性分析,建立钻井平台动力定位失效事件树,并基于屏障理论给出了防止钻井平台动力定位失效的三重屏障措施。研究表明,钻井平台动力定位失效原因主要来源于设备失效与人因失效两方面,在提高设备可靠性的基础上,防止动力定位失效后造成严重后果的关键在于提高人的可靠性,防止人因失效的发生。

深水钻井隔水管法兰接头有限元分析程序

以ABAQUS软件为求解器,开发了针对深水钻井隔水管法兰式接头的有限元分析专用程序。该程序利用ABAQUS命令流建立法兰接头的有限元模型,采用Python语言实现其建模和求解过程的参数化,再通过Visual Basic环境设计用户界面。Cameron公司某等级RF型钻井隔水管分析实例表明,其螺栓最大等效应力发生在螺栓肩部,与实际情况吻合。说明程序具有较好的实用性,可为深水钻井隔水管法兰接头的优化设计提供参考。

基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序

由于海流冲刷,海底管线在服役期间会在某些管段形成管跨,管跨的涡激振动是引发海底管线疲劳失效的主要因素之一。基于Visual Basic环境开发海底管跨涡激疲劳分析程序,利用所封装的ANSYS软件建立管土耦合非线性管跨有限元模型,依据Miner线性累积损伤理论,采用S-N曲线法计算管跨在海流作用下的疲劳损伤,并与SHEAR7软件的计算结果进行对比验证,开发的疲劳分析程序具有较高的精度和工程应用价值。