正常连接与悬挂撤离工况下深水钻井隔水管动力特性与安全分析

为了研究正常连接与悬挂撤离时隔水管动力特性与安全,本文建立了统一的隔水管动力分析模型,通过设置边界条件来考虑正常连接与悬挂撤离工况。同时采用有限单元法结合Newmarkβ动力分析方法对模型进行求解,并开展实验对模型进行验证。选取南中国海一深水井,对正常连接与悬挂撤离工况下隔水管动力特性进行分析,并对不同海况、工况下隔水管的应力及接头转角安全进行校核和讨论。研究表明:隔水管位移与应力随着海流流速的增加而增加;正常连接工况隔水管最大应力出现在水面位置,平台不发生漂移时,隔水管能够承受十年一遇及以下的载荷;隔水管变形和应力随着平台漂移的增大而增大,漂移方向与流速方向直线夹角越大越利于保护隔水管;软悬挂隔水管在水面附近出现极大应力,硬悬挂隔水管在连接处出现极大应力;相比于硬悬挂,软悬挂模式下隔水管弯矩与应力都更小,但是由于顶端转角限制,其所能承受海流作用能力并不能显著优于硬悬挂。

硬悬挂钻井隔水管涡激振动特性研究

针对深水钻井过程中遭遇强台风,基于安全性考虑要求钻井平台悬挂隔水管提前撤离的问题,采用软件SHEAR7针对HYSY981钻井平台硬悬挂隔水管系统避台风撤离作业过程中,受南海一年一遇海流作用时诱发涡激振动(VIV)的情况,研究航速与悬挂长度对VIV特性的影响。研究表明,浮力块覆盖率越高,隔水管系统张力越小;浮力块分布对隔水管系统VIV响应影响较大,25%交错布置方案VIV响应最弱。隔水管并非越短越好,要综合考虑洋流剖面、隔水管配置和平台航行的影响;在不同悬挂长度及航行条件下的VIV响应,在撤离作业前应尽量避免在高流速区布置浮力单根,撤离作业时应尽量采用顺流而避免平台逆流航向。

基于张紧器耦合的隔水管作业窗分析

为了研究张紧器与隔水管耦合作用下的自存作业窗及避台撤离时的紧急作业窗,基于隔水管悬挂模式下的横向振动特性,建立了隔水管与张紧器耦合振动动力学模型,采用有限差分法对方程进行了离散,利用边界条件和初始条件通过编程对模型进行求解。研究了海风和张紧器参数对隔水管自存作业窗的影响,分析了平台航速和海流角度对隔水管悬挂撤离时作业窗的影响。分析结果表明:在悬挂工况下,海面风速对隔水管横向振动位移有较大影响,但对隔水管应力影响不大;随着张紧器气瓶压力增大,隔水管横向位移减小,但隔水管应力变大;随着海风和张紧器气瓶压力变大,隔水管自存作业窗减小;平台航速大于0.22 m/s时,随着航速的增大,撤离作业窗海流角度减小。所得结论可为隔水管的悬挂操作提供理论指导。

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。

深水钻井隔水管关键技术研究进展

深水钻井隔水管系统是海洋油气勘探开发的关键设备,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的安全与高效。总结了近年来深水钻井隔水管的几项关键技术研究进展,主要包括深水海底井口-隔水管-平台耦合动力学分析方法,深水钻井隔水管避台撤离分析技术、悬挂隔水管井间移位分析技术及平台漂移下隔水管脱离预警界限分析技术等3项特殊作业技术,以及隔水管电磁检测技术、隔水管监测技术及深水钻井隔水管完整性管理系统。深水钻井隔水管关键技术已在中国南海、西非等11口深水井的钻井隔水管设计中得到了良好应用,解决了现场技术难题,可为我国深水钻井隔水管的设计和作业提供更全面的技术支撑。

南海深水钻井平台悬挂隔水管撤离防台分析

南海深水钻井作业面临台风等环境挑战,如何有效应对台风影响,降低台风对深水钻井作业带来的挑战与风险,是目前必须要解决的关键问题。针对南海台风的实际情况,给出了抗台、按计划撤离和悬挂隔水管撤离等3种应对措施。在此基础上,针对南海某深水井隔水管配置,以钻井平台航速作为隔水管顶部的动边界,建立了1 500 m隔水管的有限元模型,重点分析了钻井平台悬挂隔水管撤离时的悬挂隔水管响应,得到了顺流向和逆流向钻井平台悬挂1 500 m长隔水管实施撤离时的航速范围,以及隔水管不同悬挂长度时钻井平台安全撤离的航速范围,从而为南海深水钻井平台现场防台作业提供了参考依据。