Strength and Stability Analysis of Deep Sea Drilling Risers

In order to analyze the influence of vortex-induced vibration on the strength and stability of marine drilling risers, a simplified analytical model was established and a method for calculating vortex-induced dynamic response was developed. A case study indicated that at primary resonance, first-order dynamic displacement response is greater than higher-order mode responses, but the influence of dynamic moment and shearing force of higher-order modes cannot be ignored. The natural fi＇equency of risers decreased sharply with increasing length of the riser, but increased with increasing top tension. Various factors should be considered to avoid vortex-induced vibration in practical application, and the influence of vortex-induced vibration could be estimated by calculating the fatigue lifetime of riser.

海洋工程高强度钢立管焊接返修技术研究

在海洋工程中,立管承载着连接海上浮式设备和水下生产系统的使命,是深水油气田得以开发利用的关键通道。然而,由于立管需要承受高强度的工作压力,焊接施工难度较大,使其成为海上油气生产系统中最薄弱的环节。鉴于立管焊接施工的高标准和严要求,其施工流程一般仅允许返修一次。基于此,本文以国内海洋平台常用的X65钢立管为研究对象,对立管焊接返修技术的操作要点及技术难点进行了概括总结,旨在为我国海洋平台立管的焊接返修提供一定的理论指导和现实意义。

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。

可移动自升式井口平台的立管强度和疲劳寿命分析

针对自升式海上平台中两种结构形式的WZ12-8E/W立管,考虑波浪、洋流、土壤特性、附着海生物、温度和腐蚀等综合环境,计算和分析不同设计水位工况下,两种立管在平台移动下的结构强度,并校核是否发生涡激振动,以及预测交变载荷作用下的疲劳寿命。借助ORCAFLEX有限元软件,计算两种立管在多种海况下的动态响应,并把弯矩和张力转化为应力值。利用S-N曲线、雨流计数法和Miner累积损伤准则预测其疲劳寿命,并分别累计0°、45°和90°每个方向下37个工况的疲劳损伤。计算发现两种立管在作业和极端工况下,不会发生涡激振动,强度满足设计要求;但发现疲劳损伤较大且不满足设计寿命要求的结构区域,并提出增加疲劳寿命的改进方法。

通用型FPSO立管界面结构强度校核及加强分析

通用型FPSO需要具备工作海域范围广、在不同作业环境及事故条件下结构安全性高等特点,且需满足多种功能要求,其立管界面加强结构强度问题就显得尤为重要。基于ABS规范要求,确定模型的计算参数,采用有限元软件PATRAN对目标通用型FPSO的立管界面加强结构进行强度校核分析,验证了设计的舯部立管界面的结构强度,并进行了多种补强方案的分析与优选,为船厂开展FPSO的立管界面结构设计提供参考。

海洋深水钻井隔水管变形及载荷分布规律研究

随着海洋油气钻井向深水领域发展 ,钻井隔水管的受力越来越复杂 ,随着水深的增加 ,钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。为此 ,文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下 ,隔水管静态分析及动力学分析的三维有限元力学模型 ,在研究中 ,考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点 ,引入了非线性理论 ,因而计算结果更加符合实际情况。考虑了隔水管所受的三维载荷 ,对深水钻井隔水管的变形及载荷分布规律进行了计算分析。对于深水钻井隔水管 ,水下中间部位的变形最大 ;而在隔水管靠近水面的位置 ,其弯曲载荷最大 ,而现场隔水管失效事故也恰好证实了此研究结果 ,揭示了深水钻井隔水管失效的力学机理。在弯曲载荷大的位置 ,应特别注意隔水管的强度问题。文章还分析了风浪流速度、波浪周期。

风浪流作用下隔水导管强度及安全性计算

隔水导管的强度及安全性对于海上钻完井作业安全至关重要。将隔水导管下部入泥端简化为固支,上部约束简化为铰支,对隔水导管的轴向载荷和横向载荷进行了分析,研究了风、浪、流作用对隔水导管强度及安全性的影响。以渤海渤中34油田为例,对30年一遇海洋环境条件下该油田隔水导管的强度及安全性进行了计算与分析,其结果对于该地区海上工程设计和钻完井作业具有一定的指导意义。

海流涡激效应对钻井隔水导管疲劳强度的影响

钻井隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管,在海上钻完井过程中起着非常重要的作用。在深水海域,由于隔水导管泥线以上长度的增加,海流对钻井隔水导管疲劳强度影响作用加剧,从而影响隔水导管的使用寿命。开展海流涡激效应对钻井隔水导管疲劳强度影响研究,能够为钻井隔水导管尺寸和材料选择提供科学依据。文中对隔水导管进行了力学分析,将隔水导管受力模型简化为下部固定,上部简支的梁模型来分析。利用流体阻尼及流体涡激力理论模型,计算海流作用下涡激效应对于隔水导管疲劳强度的影响。结合南海某海域的海况资料,对海上钻井隔水导管的疲劳强度和使用寿命进行了分析和校核,给出了该海域合理的隔水导管尺寸。通过研究得出:随着水深的增加,海流对隔水导管的涡激效应会逐渐加强,对隔水导管疲劳强度影响加剧。

海上钻井隔水导管最小入泥深度研究

根据海底土的工程性质 ,建立了海底浅层地层破裂压力计算模型。针对钻井隔水导管的不同工况 ,建立了保证正常钻井液循环条件下 ,井口支持力结构情况下的隔水导管最小下入深度计算模型。该模型在渤海湾地区 9个油田应用 14口井 ,计算结果与实际情况比较吻合 。

深水水上防喷器钻井系统高压套管隔水管强度分析

深水水上防喷器钻井系统已得到一定程度的现场应用,可节省作业费用。但由于该系统具有采用高压小直径套管代替常规大直径隔水管、防喷器组放置水面以上采用应力短节缓解高压隔水管应力等特点,需要分析高压隔水管的强度。根据材料力学理论,建立了高压隔水管的准静态力学分析模型和内外压力计算模型。通过对高压隔水管的力学性质及内外压强度的分析发现,高压隔水管的下部应力节底部的偏移程度对隔水管的弯曲变形和弯曲应力影响不大;在选择应力节时,上部应力节的转动刚度可以小于下部应力节的转动刚度;在高压隔水管内压强度设计时应重点考虑高压隔水管接近海面段所受到的等效内压力,在该段提高管材钢级或增大壁厚。

海洋深水钻井隔水管材料性能标准研究

随着国内海洋深水油气田的开发,高钢级高强度钻井隔水管需求量逐渐增大。目前在深水领域所使用的这类管材基本上全部依赖进口,急需进行国产化研究。通过大量调研与隔水管相关的国内外标准后,发现在现有的国内外标准中,没有明确针对钻井隔水管材料性能的标准。为研究制定深水钻井隔水管材料性能标准,重点以508mm以上规格的X80钢级隔水管为研究对象,分析现有国内外相关标准,并结合材料试验,制定了X80钢级隔水管材料性能指标。钻井隔水管材料性能标准的制定,统一了隔水管材料的性能指标,弥补了各类标准不统一的不足,同时对推动我国海洋深水钻井隔水管国产化进程提供了技术支撑。

海上钻井隔水导管极限承载力计算

为了更合理地确定隔水导管最小入泥深度 ,根据海底土的工程地质特征 ,结合岩土力学理论分析 ,建立了不同海底土层下的隔水导管极限承载力计算模型。根据隔水导管承载力计算模型 ,结合海上钻井隔水导管现场施工过程中不同的工况特征 ,建立了隔水导管最小下入深度计算模型。理论模型在渤海QHD32 - 6和SZ36 - 1油田进行了应用 ,得出了隔水导管底部承载力随入泥深度的变化曲线 ,进一步确定出隔水导管的最小入泥深度 ,计算结果与实际情况比较符合。研究成果将为海上隔水导管最小入泥深度的选择提供技术帮助。

LYH-3型糊精粘结剂在发热保温冒口中的应用研究

为了考察在发热保温冒口套的组分中以LYH-3型糊精为粘结剂的可行性,采用不同的混制工艺配制发热保温冒口套试样,对其强度和发热性能进行测量研究。发现LYH-3型糊精粘结剂加入量为冒口套重量30%时的粘结强度最高,经过防水处理后的发热保温冒口套的强度能够满足铸造生产的要求,而所采用的双料混料工艺不仅能够增大冒口套的粘接强度、保证冒口套材料有足够的耐火度,同时还可以使冒口套发热反应均衡进行并能延长发热反应时间。以LYH-3型糊精为粘结剂的发热保温冒口套对于铸件的补缩在充分利用和提高热效率方面更具优越性。

自由站立式立管总体设计与分析

介绍自由站立式立管(FSHR)系统中各构件设计原则及其总体响应分析方法,根据算例总体设计参数,建立FSHR总体有限元模型,进行总体强度与疲劳分析。计算结果表明,其设计参数在各种工况下均满足强度要求,其中百年一遇海流载荷工况为最危险工况;其设计参数满足疲劳要求,运动疲劳和VIV疲劳最大损伤均出现在刚性主管顶部。

卡簧式钻井隔水管快速接头力学性能研究

为减少海上钻井作业事故的发生,开展了钻井隔水管快速接头力学性能研究。基于ANSYS建立了卡簧式快速接头抗弯强度计算模型,研究了SR30型快速接头卡簧端面角度、接头有效搭接长度及材质与接头结构极限抗弯承载力的关系。结果表明,卡簧式钻井隔水管快速接头的卡簧左端面对整个接头承载力影响要大于右端面;随着接头有效搭接长度增大,接头极限抗弯承载力明显提高;材质屈服强度越高,极限抗弯承载力越高。计算结果为钻井隔水管快速接头的合理设计提供了理论依据。

深水钢悬链立管J型铺设研究

J型铺管法具有先天的深水适应性,已广泛应用于深海水域的管道铺设作业,而我国对深水管道J型铺设的研究仍处于起步阶段。本文以作为深水开发首选立管形式的钢悬链立管为研究对象,应用Orcaflex软件对立管J型铺设过程做动态分析,校核内容包括最大弯曲应力、最大等效应力及有效张力。将铺管过程分3个阶段进行立管J型铺设强度分析,得到立管受力最大铺设阶段。针对受力最大阶段,进行立管作业窗口分析,得到满足立管使用条件的环境参数。本文所开展的深水钢悬链立管J型铺设研究对推进我国深水铺管技术的发展具有实际工程意义。

基于有限元的浅冷海隔水导管强度校核新方法

针对亚北极萨哈林浅冷海油田海风、海流、海浪强度高及海冰厚度大等给隔水导管强度校核带来的困难,在常规隔水导管强度校核基础上,考虑海冰因素,提出了浅冷海隔水导管强度校核新方法。将隔水导管视为上端铰支、下端固定的简支梁,分别建立海风、海浪、海流和海冰作用力的计算模型,采用有限元离散法建立隔水导管有限元模型。选择萨哈林海域近50年来海风速度、海浪高度、海流速度及海冰厚度的最大值,并利用ABAQUS进行综合分析计算。计算结果表明:考虑海冰因素计算的隔水导管最大应力值为不考虑海冰因素时的4.11倍。因此新方法可更好地为浅冷海隔水导管强度校核提供指导,对亚北极萨哈林浅冷海隔水导管选择具有重要意义。

南海自由站立式立管动态强度及疲劳分析

根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。结果表明,该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。

半潜式生产平台缓波形柔性立管设计分析

基于南海流花16-2油田环境参数,考虑半潜式生产平台特点,应用OrcaFlex和Bflex软件对缓波形柔性立管进行截面设计分析、强度分析和疲劳分析。结果表明:缓波形柔性立管的强度和疲劳均满足规范要求;缓波形柔性立管适用于中国南海的半潜式生产平台。

腐蚀海洋立管剩余强度预测

利用人工神经网络具有的高度非线性映射功能,对在役腐蚀海洋立管的剩余强度进行预测。综合分析了管径、壁厚、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷深度和管材极限抗拉强度对腐蚀海洋立管剩余强度的影响,建立了反向传播(BP)神经网络预测模型。利用遗传算法(GA)优化BP神经网络的权值和阈值,构建了GA-BP神经网络预测模型。采用DNV-RP-F101标准计算出来的样本数据分别对以上两种网络模型进行训练和预测。预测结果表明:利用人工神经网络对腐蚀海洋立管剩余强度进行预测是可行的,且GA-BP神经网络能够有效地提高网络的收敛性和预测精度。