深水隔水管-水下井口耦合系统双向涡激振动特性

深水隔水管-水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV),其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束.考虑水下井口下部非线性管-土耦合建立深水隔水管-水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型.基于胡克定律将管-土相互作用产生的时变非线性土壤抗力转化为时变土壤等效刚度并与系统结构刚度叠加.采用有限单元法进行分析模型离散,采用Newmark-β法与4阶龙格库塔法进行VIV数值求解.随后分别研究了管-土耦合作用及环境因素如海流流速、土壤硬度等对深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向VIV特性的影响.结果表明,考虑管-土耦合的深水隔水管-水下井口系统约束弱化,系统整体刚度减小,固有频率降低,深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向的均方根(RMS)位移及振幅增大,振动频率减小.深水隔水管-水下井口系统VIV对土壤硬度的敏感度较低,原因是系统结构刚度与土壤初始附加的等效刚度较大,而土壤硬度变化额外附加的土壤等效刚度在系统总刚度中的占比较低.

一种新型隔水管快装井口装置设计及应用

常规海上钻井作业,表层钻进往往使用无环境损伤添加剂的海水膨润土浆作为钻井液,钻井液和返出岩屑直接进行排海处理,但随着环保要求的日益严格,要求海水膨润土浆与所钻岩屑也要进行全回收。然而,常规的海上钻井表层井口装置多为非封闭型,而且井口装置制作效率低、作业风险高、稳定性差,基于此,设计研发了一种新型隔水管快装井口装置。该装置利用卡瓦以及BT密封圈(BT密封为一种辅助密封方式)实现对隔水导管的连接与密封,安装简单且具有良好的密封效果。通过对比常规井口装置与新型井口装置安装工序的时间,新型快装井口安装简单,并且降低了热工作业时间,单井口安装时间由23 h降至2.25 h,作业时效提升近10倍。在垦利16-1油田应用后,大幅提高了作业时效,节省了钻井成本。

深水钻井隔水管-井口系统涡激疲劳详细分析

提出基于威布尔分布的隔水管一井口系统涡激疲劳详细分析方法，根据海洋环境条件的长期统计分布特征，采用随机变量的威布尔分布理论划分涡激疲劳详细分析的工况，得到具有不同超越概率的流剖面。在此基础上，应用涡激振动疲劳分析程序SHEAR7计算各个流剖面对应的涡激疲劳损伤，按照其发生概率折算得出隔水管系统总的疲劳损伤。算例结合南海某油井隔水管系统设计和具体海况参数，给出了上述方法的具体应用。研究表明，采用常规三种单一流剖面计算得到的涡激疲劳寿命分别为1．95年、0．039年和0．012年，而采用基于威布尔分布的涡激疲劳详细分析得到的疲劳寿命约为40年。两种方法相比，由于后者更符合实际的海洋环境条件，预测隔水管-井口涡激疲劳损伤更为合理，从而可以避免过于保守的隔水管钻前设计。推荐涡激疲劳详细分析工况数量为20-28个。

水下基盘井口平台桩基群桩效应数值模拟

以胜利海上CB12D水下基盘式井口平台工程为例,将井口隔水管和周围土体作为一整体,用ANASYS软件建立井口隔水管群桩整体数值分析模型,分析群桩效应对平台竖向极限承载力的影响,结果表明,该水下基盘式井口平台群桩效应明显,在设计时应充分考虑群桩效应的影响。