基于Pyrosim与Pathfinder的水下干式采油装置火灾烟气模拟与人员逃生研究

为研究水下干式采油装置发生火灾时烟气的蔓延过程与规律,为水下干式采油装置应急逃生提供数据和参考,运用Pyrosim软件对设计中的水下干式采油装置建立模型,对极端条件下舱内火灾烟气扩散和温度变化规律进行仿真分析,并利用人员疏散逃生模拟软件Pathfinder模拟舱内作业人员在火灾时的逃生过程。研究表明,气密门开启状态下,在t=15 s时,烟雾扩散至采油树房间外;t=8 s时,所有逃生人员可到达应急逃生舱,此时烟雾及烟气温度均在安全范围,表明该水下干式舱人员疏散逃生符合要求。通过对水下干式采油装置发生火灾时的烟气模拟与人员逃生研究,可以检验水下干式舱的设计是否满足人员逃生需要,对水下干式采油装置的设计与改进、保障维修作业人员生命安全具有重要意义。

水下干式采油装置生产工艺系统对比分析

主要对受限海域的水下干式采油装置2种工艺系统进行分析介绍,作为可供选择的油田开发方式,为其他受限海域内的小型边际油田的开发提供国产化的解决方案。

浅水油气田开发水下干式采油装置

针对我国浅水海域敏感区、航道等受限区域的油气田难以实现经济有效开发的问题,借鉴港口工程行业成熟的大直径钢圆筒技术,结合常规水下干式舱及常规油田处理工艺技术,开展水下干式采油装置技术研究并形成方案,其投资较常规水下生产系统显著降低,可进一步提高受限油气田开发的经济收益,对推动浅水受限油气田开发具有重要意义。

水下干式采油装置应急逃生舱设计研究

为经济有效地开发海湾附近的边际小型油田,有机构提出了区别于常规湿式水下生产系统技术的水下干式采油装置。考虑到应急工况下,维修人员需多途径从采油装置中撤离,故应设置应急逃生系统。结合潜艇水下应急逃生技术,选择应急逃生舱作为采油装置的应急逃生手段,并从应急逃生舱的工程方案、技术特点等方面进行系统阐述,对应急逃生舱的可行性进行了讨论。在此基础上针对30 m水深干式采油装置需求,以其配套的应急逃生舱作为应用案例,进行了应急逃生舱的方案设计。

浅水油气田水下干式采油技术研究

目前,我国浅水海域有众多油气田因位于军事区、航道等受限区域不能采用水上固定式平台进行开发。采用常规水下生产系统虽可实现油田开发,但是大部分设备因其技术门槛高多为国外垄断,具有高投资特性,高昂的投资成本大大降低了油田经济收益。并且常规水下生产系统设备安装、调试均需水下机器人进行水下作业完成,油田生产成本较高。因此需要研究开发一种低成本的水下生产设施来解决上述问题,实现受限油田经济有效开发。

水下干式采油装置风险分析与控制措施

针对水下干式采油装置在不同工况下存在的主要安全风险进行了分析,根据分析结果,提出了对应控制措施,对水下干式采油模式风险辨识与防护具有借鉴意义,有助于边际油田的安全开发。

一种新型半潜式平台概念设计研究

在详细研究影响平台综合性能的诸多因素基础上,克服现有半潜式平台存在的不足,结合自升式平台甲板可以自由升降的优点,开发了具有自主知识产权的自升式半潜多功能深海浮式(JCSM)平台。JCSM平台结合了自升式平台与半潜式平台的优势,并以平台综合性能的提升为目标进行了细节上的优化,稳性裕度大且运动性能优良,可适应干式采油、湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式,并同时具有钻井、早期生产、修井、油气处理与油气储运等多种功能。在详述JCSM平台的组成及性能特点的基础上,对JCSM平台进行了稳性与运动性能数值分析,并与传统半潜式平台相比较,验证了所研发新型平台性能的优越性。研究为未来海洋油气田开发提供了一种新的选择,并对全新概念的浮式平台开发有借鉴和指导意义。

新型深水半潜式生产平台发展综述

干式采油树具有修井方便、操作成本低、停机时间短和流动安全性好等优势,然而由于它要求平台具有较低的垂荡运动幅度,目前仅有张力腿平台和Spar平台能够支持干式采油树。相比这两种平台,半潜式生产平台不受水深限制,可变载荷大,且可实现整体拖航和上船体码头安装,但运动幅度相对较大。近年来,海洋工程界致力于通过改善半潜式平台的运动性能,使其可支持干式采油树。介绍了深水油气开发领域中可采用干式采油树的几种新型半潜式生产平台概念,分别从结构型式、安装方法和性能特征等方面进行了综述,总结了新型平台的技术发展趋势以及所带来的新问题,最后提出了我国发展新型半潜式生产平台的目标和需要解决的问题。

一种新型干树式半潜平台设计

开发了一种新型的深吃水干树式半潜生产平台(TCDD-Semi),该平台可用于中国南海深水区域的油气田开发。它的一个显著特点是立柱的截面形状呈现为渐变形式,而非传统的等截面形式。立柱的底部最大,向上逐渐变小,再结合适当的下浮体设计,能够为平台在服役前期及在位状态时提供足够的浮力以及稳性。最重要的是这种新型立柱的设计能够明显地减小平台在恶劣海况时的垂向运动,从而使在平台上布置具有干式采油树的TTR立管系统成为可能。此外,这种渐变式的立柱设计也有利于减弱平台在流作用下的涡激诱导运动(VIM)。分析结果表明这种渐变式立柱半潜平台可以明显降低平台的垂向运动,也可以在码头组装时提供足够的浮力以及在平台下沉过程中提供足够的稳性。平台优越的垂向运动性能可以使顶部张紧式立管的行程范围限制在10.5 m之内(包括平台偏移、垂荡运动、潮汐影响、海床沉降、热膨胀等因素)。分析结果表明平台的垂荡范围、水平偏移、倾侧角度、上部模块重心处的加速度等可以满足设计要求,证明了这种新型干树式半潜平台的可行性。

新型干树式半潜平台浮体结构设计研究

为适应中国南海深水区域的油气田开发,研发出了一种具有渐变式立柱的深吃水干树式半潜钻井/生产平台(TCDDSemi)。平台的浮体采用了深吃水、变截面长立柱构型,即向底部逐渐扩大的渐变截面形式。结合干树式深吃水半潜平台的研发过程,通过采用压缩空气压载系统、全注水下浮体、压缩空气水密检测以及水密面板的三级正交加强筋设计等新兴技术,极大地提高了钢材的利用效率,达到了节省材料、减轻浮体自重的目的。对浮体的有限元(FEM)整体分析结果表明,浮体结构设计满足各工况强度要求。

干树式深吃水半潜平台顶部张紧立管的设计与分析

用于深水油气开发的干树式顶部张紧立管(TTR)系统的载体平台是一种具有渐变式立柱的深吃水半潜钻井/生产平台(TCDD-Semi),该平台为中国南海的深水区域的气田开发而设计。文中介绍了该立管系统的设计与分析,提出了干树式采油立管设计方案,并进行了立管干涉、总体强度、疲劳、立管张紧器行程范围分析与核校。结果表明,立管在强海流中无碰撞,最大冯·米塞斯应力利用系数为0.88(规范要求不大于1.0),最小疲劳寿命89.4 a,大于20 a的设计服役期,张紧器最大行程33.1 ft,小于最大设计值35 ft。可见所述立管系统满足设计功能和工业规范要求,在具有恶劣海况条件的我国南海海域进行生产作业的深吃水半潜平台上设计安装干树式立管系统是可行的。

一种新型半潜式平台概念设计研究

针对现有半潜式平台存在的不足,开发了具有自主知识产权的自升式半潜多功能深海浮式平台概念(JCSM)。新型平台充分利用自升式桩腿的长度调节功能和由外斜立柱与环形浮箱共同组成的浮体的压载功能,可根据工况和海洋环境条件的不同灵活调节平台重心。JCSM结合自升式平台与半潜式平台的优势,并以平台综合性能的提升为目标进行了细节上的优化,稳性裕度大且运动性能优良,可适应干式采油、湿式采油和干湿组合式采油等不同采油模式,并同时具有钻井、早期生产、修井、油气处理与油气储运等多种功能。对JCSM进行稳性与运动性能数值分析,并与传统半潜式平台模型进行比较。大倾角稳性的各项指标表明,JCSM平台具有充裕的稳性;垂荡运动和横摇运动RAO曲线的对比分析表明,JCSM能显著改善平台波频范围内的垂荡运动性能,并具有优越的横摇运动性能。

水下完井设备的发展现况和趋势

水下完井没备是海洋石油、天然气开采,特别是早期生产的重要组成设备,随着海底采油工作水深的逐年增加,显得更为重要。水下完井设备和系统主要由海底采油树、井内完井设备、海底管线(含软管)和管汇及采油树连接至水面的控制系统等组成。本文研究了当前海底采油活动的概况及趋势,然后探讨了水下完井设备的发展现况及趋势。一、海底采油活动的概况及趋势 1. 海底完并数量逐年递增根据国外“海底数据基势(Subsea-Data-Base)”提供的最新资料(下同);1984年,海底完井为294个,1985年增加到360个,增长了22.4％;1986年增至419个。

影响深水油气项目主机系统选择的多种因素

在深水区域的油气项目中,一般其初始投资的大约1/3都与主机系统有关。在项目期限内,主机在提供经济效益最大化的解决方案、减小固有油藏和开采的不确定性、捕获近邻开发区域内有助于实现增产措施的灵活性等方面都起着重要作用,是整个开发系统的关键所在。从较高层次而言,深水主机的开发已发展到四个主要的选项,张力腿平台（TLP）、系泊半潜式平台、深水浮筒平台概念（传统的构架式单柱浮式平台）和浮式生产储油卸油船（FPSO）,每种选项在形状和结构方面都有不同程度的灵活性。