大型铺管船托管架疲劳损伤实时监测应用与研究

托管架长期承受着交变载荷的作用,结构疲劳破坏问题不容忽视。为此,本文分别基于波浪谱和监测数据对托管架的疲劳问题进行研究。通过计算结果的对比分析,发现基于波浪谱的疲劳损伤计算,由于波浪荷载的随机性很强,导致计算结果偏于保守,适用于设计阶段结构的疲劳寿命预报评估;而基于实时监测数据的疲劳损伤计算,数据相对更加准确,适用于实时评估结构当前的疲劳损伤情况,并依此提出适当的维修和保养建议。

长距离大口径尾水排海管道施工关键技术

对于长度在3km以上的长距离尾水排海管道,一般采用铺管船法施工,以莆田东吴浆纸基地尾水排海工程为例,介绍了长距离大口径尾水排海管道海域段、登陆段、扩散段施工的关键技术,对于类似工程的施工具有参考意义。

深水起重铺管船双铺管系统协同作业设计

在海底管道铺设项目中,需要S-lay型铺管系统和J-lay型铺管系统完成铺管任务。分别对两个系统进行合理的空间布置设计,将其集成于同一艘深水起重铺管船。对双铺管系统协同作业进行设计,使两个系统共享管段预制线、共享弃置与回收(Abandonment and Recovery,A&R)绞车系统,实现优势互补、提高铺管作业效率。

深水海底管道S型铺设参数敏感性分析

以深水海底管道S型铺管法为研究对象,运用悬链线理论建立管道的静平衡微分方程,通过理论分析给出了迭代求解管道整体形态的数值计算方法,并开发相应的计算分析程序,分析了不同参数对张紧器张力和管道极限铺设水深的影响。结果表明,随着管道铺设水深、管径和壁厚、混凝土配重层厚度的增加,所需张紧器张力明显增大;当托管架底部倾角较大时,控制应变越大管道所需张力越小;当托管架底部倾角较小时,管道初始倾角越大、托管架半径越小管道所需张力越小。此外,管道的浮重度、托管架长度和半径、张紧器张拉能力、管道初始倾角对极限铺设水深有着重要的影响。

中心管采油设计方法及应用

在前人提出的中心管完井控锥基础上,针对水平井高含水情况,扩展了中心管完井的思路,提出中心管采油的概念。根据线汇叠加、镜像反映以及质量守恒和动量原理推导得到中心管耦合模型,利用模型计算了实例的流入剖面,对比中心管施工前后流入剖面,通过方案优选给出中心管施工推荐方案。现场施工一个多月后,采油量上升,含水率下降,达到了明显的增油降水效果,同时证明了采用中心管来调节油井高含水期生产指标是可行的。

S型铺管中上弯段管道受力研究

在使用S型铺管法铺设海底管道过程中,位于托管架上的管道(简称为上弯段)因受到较大的张力、弯矩及托管架的支撑反力作用,容易发生局部屈曲破坏。文中将托管架简化为连续型和滚轮支撑型两种,对连续型托管架上的管道进行了理论研究,并利用非线性有限元方法模拟了滚轮支撑作用下海底管道的受力状态。然后以12英寸管道为例,将两种托管架上的管道应变分布进行了对比。结果表明在连续型托管架上管道应变是一条直线;而滚轮支撑托管架上应变为波浪线,在滚轮作用处较大,滚轮之间较小。而且,应变随着张力的增大而增大,随托管架半径的增大而减小。

超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术

高压油气井尾管固井易发生环空气窜,采用常规回接技术不能解决环空气窜问题,为此,进行了超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术研究。通过分析回接插头密封组件、封隔器类型、封隔器防退及防提前胀封等关键设计技术,设计了一种回接插头与封隔器一体、使用安全、密封能力达70 MPa的超高压防气窜尾管固井回接装置。根据该回接装置的结构特点和现场施工关键环节,制定了合理的施工工艺和技术措施,提出了扫上水泥塞、磨铣回接筒、试插等易出问题关键环节的工艺要求,并给出了更精确的浮力变化计算方法。该回接装置在四川地区8口高压油气井尾管固井回接或短回接进行了应用,均未发生气窜。现场应用结果表明,该回接装置操作简便、安全可靠、封隔效果好,能够有效解决高压油气井尾管固井环空气窜的难题。

多点支撑托管架支撑下的海洋管道铺设中的静力分析

本文以实际工程中点支撑托管架支撑下的海洋管道为分析对象，采用Ｂ样条函数分段拟合了从张紧器到海床间整段管道在铺设时的空间曲线，利用样条函数配点法求解管道的平衡微分方程，得到了管道在铺设过程中所必须的数据。本方法适用性好，理论简明，求解快，精度高。

深水S型铺设托管架参数分析

为讨论托管架几何参数对深水管道S型铺设的影响,本文利用有限元方法,考虑了托管架结构刚度影响,分析了铺设过程中管道与托管架的接触、管道大变形等非线性问题,讨论了托管架长度、曲率半径及托辊间距和高度等参数对S-lay的影响.计算结果表明,有限元法可有效解决深水铺设的强非线性问题;托管架几何形状是提高整体铺设能力的主要参数,托辊布局影响管道局部安全,托辊高度对管道上弯段的影响更显著.

托管架原理样机的试验设计

根据海底管道S型铺设的原理,运用半实物仿真系统设计了用于室内模型试验的中大比尺托管架模型试验样机,运用dSPACE控制的运动台模拟铺管船运动,通过测试系统可以测试托管架/管道之间的作用力、管道应力状态等铺管中的关键力学参数.

深水管道S型铺设监测研究

目前,深水管道S型铺设取得了优异的铺设成果,逐渐成为深水海底管道铺设的重要方法,但其铺设环境复杂,上弯段管道与托管架动态接触,现有分析手段无法有效模拟。同时,S型铺设关键设备的设计技术还不成熟,没有相应的设计规范。首先对深水管道S型铺设开展监测研究,提出了深水管道S型铺监测方案,最后利用实验室模型实验验证了该方案的可行性,可以为深水S型铺设关键设备的设计提供必要的设计数据。

海底管道铺设分析的子结构方法

深水S型铺管涉及三维空间的大变形和接触分析,由于收敛速度慢而导致求解困难。为克服这个问题,本文提出了一种子结构方法;通过凝聚托管架内部结点自由度,铺管问题可在二维空间表述和求解。本文方法具有快速收敛的特点,可对铺管问题进行广泛的参数研究。

深水管道S型铺设托管架基本设计分析

将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段,通过微分求解,结合设计规范,得到了托管架几何参数:托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程;分析发现,托管架最大曲率由两部分组成:托管架整体曲率和托辊处局部曲率,分别由托管架几何参数和托辊参数控制;通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数,证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单,易为工程设计人员掌握。

水平井中心管完井流入和压力剖面预测

水平井中采用中心管完井可以降低水锥对水平井开发底水油藏的影响。采用线汇叠加和镜像反映原理推导出底水均质油藏单相稳态流动势分布,针对实际水平井不可能绝对水平,因此高虑了高差影响。根据质量守恒和动量原理得到影响井筒压力分布的压降模型,油藏和井筒的相互影响得到中心管完井的耦合模型及求解思路。实例计算结果表明中心管完井能够降低跟端的大压差,平缓整个剖面的流入量,从而达到控锥的效果。

水平井中心管采油技术先导性试验及效果评价

针对大港油田底水油藏水平井目前含水普遍偏高、没有控水技术手段及油井开发综合效益差的现状,研究开发了中心管采油技术。通过中心管管径、长度及盲筛比的优化设计,有效地调整和改善了水平井井段产液剖面,达到了降水增油的目的。大港油田在2008—2009年共试验实施7口井,平均单井产油量由5.13 t.d-1提高到8.31 t.d-1,累计增油3 304 t,综合含水率由94.37%降至91.02%,下降3.35个百分点。中心管采油技术为底水油藏水平井稳油控水开采,探索出了一条新的技术途径。

深水S型铺管管道形态及力学分析方法研究

S型铺管是一种效率很高的铺设海底管道的方法,研究深水S型铺设管道形态及力学分析方法对于开发我国南海油气田具有重大意义。本文建立了深水S型铺管中管道形态的大挠度梁微分方程,并且通过数值方法求解得到的结果论证了深水S型铺管中管道悬垂段形态可以用自然悬链线近似,并在接下来的对S型铺管中管道的整体力学特性的有限元分析中,对过弯段管道采取在托辊所处位置,约束法向自由度,切向和转动自由度释放,模拟铺管作业中过弯段管道的状态;对海底土壤地基对触底段管道的垂向,侧向,轴向的反力作用进行了模拟,并将计算结果与其他方式边界条件下的铺管有限元模拟计算结果进行了比较,以保证所采用的分析方法及有限元仿真模型的准确度。

基于深海铺管船托管架系统调整的软件开发

为了正确调整S型铺设托管架的入水角度与各托辊的支撑位置,在深海铺管船托架系统调整分析的基础上,提出了深海S型铺设托管架调整方法,借助MATLAB软件GUI模块开发了一款通用性软件,着力提高深海作业时托管架系统调整工作的质量与效率。工程算例应用结果表明:该软件可及时提供最新的参数与模拟图像,操作简单、界面友好、交互性强,可根据实际工程需要调整或增加相关计算界面。该软件的成功开发可为托管架的调整工作提供科学依据和工程应用基础。

海洋石油201船托管架自身甲板固定设计研究

为节省海洋石油201船在带航期间支付存储托管架租用场地（或驳船）的费用,论文研究分析了将托管架固定在201船自身甲板的方案,实地测量了现场并进行三维模拟,并对比分析了将托管架部分构件拆分及整体固定的两个方案.为不影响201船的机动灵活性,使201船可以快速投入到海管项目（或结构项目）,确定了通过改造部分甲板滚轮布置、设计特殊工装,实现采用将第一节托管架安装到船尾,第二、三节托管架及搁架整体固定于201船自身甲板的方案.最后,进行了固定设计方案的强度计算校核,校核结果满足要求.该方案设计合理,技术可行;现已成功应用,并取得了良好的实施效果.

硬地层同轨道锥形齿PDC钻头研究与应用

中深部硬地层含砂砾岩,硬度大、研磨性高、机械钻速慢、冲击力大,常规PDC钻头易磨损、进尺少、机械钻速低,综合效益差。为了突破PDC钻头的局限性,提高其在硬地层中的适用性,对锥形PDC齿的切削破岩机理和规律进行数值模拟,通过与PDC复合片进行对比研究,揭示锥形齿破岩规律,并设计研制了一种同轨布齿锥形齿PDC钻头。同轨道锥形齿PDC钻头以复合片作为主切削齿,锥形PDC齿作为二级切削齿,在复合片和锥形齿的共同作用下,钻头具有犁削和切削的双重破岩效果,使得钻头在中深部硬地层中的抗冲击性能和破岩效率大大提高。现场应用结果表明,与牙轮钻头相比,该钻头机械钻速提高了104.2%,单只钻头进尺提高了89.2%;与常规PDC钻头相比,机械钻速提高了104.4%,单只钻头进尺提高了184.8%。

S形铺管托管架的结构刚度研究

随着海底管道铺设逐步走向深海,托管架长度和管道质量也随之增加,导致托管架相对刚度变小,在管道压力的作用下,托管架发生整体变形甚至破坏。鉴于此,基于Abaqus软件,建立"海洋石油201"托管架的精细有限元模型,计算了不同铺管工况下托管架的整体结构刚度,探讨了A型支架吊点位置对托管架刚度的影响,并建立了可考虑托管架整体结构刚度的Orcaflex模型。研究结果表明,深水铺管时,托管架承受管道载荷和重力的综合作用而发生变形,其中第1节变形最小,后2节变形较大;改变A型支架吊点位置可调整托管架的整体结构刚度。