无隔水管泥浆回收钻井系统吸入模块密封胶芯非线性摩擦接触分析

建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应力峰值和钻具与胶芯间的摩擦力分布规律。结果表明:摩擦因数与胶芯密封面和钻具间的接触压力成非线性关系,胶芯主密封段接触压力随摩擦因数增大而减小,而胶芯锥形密封段和凸鼻形密封段的接触压力随摩擦因数增大而增大;胶芯Mises应力随摩擦因数增大而变大,且胶芯与钻杆接头上端接触时Mises应力峰值最大,容易导致胶芯破坏;胶芯与钻具间的接触面积基本不随摩擦因数变化而变化,摩擦力随摩擦因数的增大近似成线性增加;胶芯与钻杆接头接触时,摩擦力较大且增长显著,说明胶芯与接头接触时更容易发生磨损。

气举技术应用于深海无隔水管泥浆回收钻井工艺可行性分析

无隔水管泥浆回收钻井技术作为新兴钻井技术,具有安全环保、简化井身结构和降低钻探风险等优点。传统的无隔水管泥浆回收钻井技术依靠水下泵将海底井口泥浆举升至甲板面,该方式对水下泵的举升能力及可靠性要求极高。未来深海钻井领域,水下泵将会是限制无隔水管泥浆回收钻井技术应用的“瓶颈”。本文借鉴陆地气举反循环钻井原理,利用气举技术部分或完全替代水下泵,分别从设备技术现状、流量可调性、适用环境、井控安全等方面探究气举用于无隔水管泥浆回收技术的可行性。结果表明,气举反循环技术及相关设备性能满足无隔水管泥浆回收的使用要求,而且具有上返流量可调、安全等特点,有较高的研究应用价值。

海洋钻井隔水管悬挂动力学控制实验平台开发

该文开发了一种海洋钻井隔水管悬挂动力学控制实验平台。平台使用六自由度平台模拟海洋浮式钻井平台的运动,并基于集中质量法和动力学相似原理,设计了隔水管缩尺模型。实验平台的悬挂系统可实现上冲程控制、下冲程控制和非控制锁死3种动作,测控系统使用监视与控制通用系统(MCGS)组态软件、可编程逻辑控制器(PLC)和PID控制算法开发。通过使用该实验平台,学生可以增加对海洋钻井隔水管悬挂动力学控制的感性认识,通过实际动手操作训练可加深对隔水管悬挂动力学控制理论、技术和装置的理解,提升教学效果并培养学生的创新意识。

400 m级无隔水管泥浆回收系统研发及海试

无隔水管泥浆回收系统可以实现在开路钻井工况下进行泥浆回收循环再利用,具有安全环保、简化井身结构和降低钻探风险等优点。该技术在国外已发展多年并成功推广工业应用,国内目前尚处于跟踪研究阶段。本文介绍了我国首套400 m级无隔水管泥浆回收系统设计研发过程,并通过海试试验验证系统的各项功能及指标。结果表明,所研设备样机搭载于“海洋地质十号”船,设备装船适配合理,最大海试水深384.7 m,设备各项功能性均符合设计要求,成功实现泥浆液位的识别与自动控制功能,全流程验证无隔水管泥浆回收循环钻井技术可行性。

深水无隔水管钻井全井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动模型研究

无隔水管钻井是一项极具发展前景的深水钻井技术。针对深水无隔水管钻井缺乏有效的动力学分析模型的实际,通过能量法、微元法结合哈密顿原理,建立了考虑钻井船位移、风海流、潮流、波浪载荷、井壁接触、钻头-岩石互作用、海水段-地层段互作用的深水无隔水管钻井全井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动模型;通过拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程,采用Newmark-β对模型进行数值求解;采用现有海洋立管模拟试验数据、Moharrami扭转振动模型结果及Kyllingstad现场测试数据,对模型进行了详细对比验证。结果表明,该模型精度较好,可用于深水无隔水管钻柱的耦合振动分析。

无隔水管钻井泥浆举升系统参数计算

为解决深水钻井过程中遇到的难题,无隔水管钻井技术(RMR)使用单梯度泥浆,但通过将海底泵的入口压力减小到接近海水静液压力来模仿双梯度,系统在钻井过程中不再采用隔水管,岩屑和钻井液经一条小直径回流管线返回钻井平台。根据无隔水管钻井泥浆举升系统的参数要求和两相流理论,确定了举升系统的参数计算方法,对500 m水深举升系统参数进行计算和研究,分析了岩屑参数对举升系统参数的影响,得出颗粒的尺寸、体积分数是举升系统水力设计需要考虑的关键参数。研究结果为无隔水管钻井泥浆举升设备的设计提供了理论依据。

深水无隔水管钻井液回收钻井技术

为解决深水钻井作业中遇到的复杂问题,挪威AGR公司进行了无隔水管钻井液返回钻井技术(RMR)研究。RMR技术在钻井中不采用常规海洋隔水管,而是用海底吸入模块将从井眼环空中返回的岩屑和钻井液分流出来,在海底泵的作用下通过一条小直径回流管线由海底返回至钻井平台,从而实现无隔水管钻井液循环。分析了RMR技术原理,介绍了海底吸入模块、海底举升泵模块、钻井液返回管线、控制系统等关键装备,概述了RMR技术在国外应用现状。对RMR技术今后发展提出展望,对国内应用推广该技术有一定指导意义。

深水无隔水管钻井液回收钻井水力学计算

为解决深水钻井中遇到的一系列难题,国外研发出无隔水管钻井液回收钻井技术(RMR),该技术去除了隔水管,利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。由于RMR技术是最新发展的技术,目前尚无合适的水力学计算理论和方法。根据无隔水管钻井液回收钻井系统的工作条件及特点,推导出无隔水管钻井液回收钻井系统的水力学计算公式,编制水力学计算软件,进行了算例分析,并与文献中数据进行了对比,验证了计算公式和程序的正确性。

深水钻井隔水管疲劳损伤分析

为研究涡激振动作用下隔水管的疲劳损伤规律,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立隔水管动力响应控制方程,通过耦合尾流振子方程,对隔水管横流向涡激振动模型进行求解;利用雨流计数法和Miner准则,对涡激振动所导致的疲劳损伤进行分析;采用控制变量法研究不同因素下隔水管疲劳损伤情况及规律。研究结果表明:在涡激振动作用下,深水隔水管底部易发生疲劳破坏,可以通过增加隔水管壁厚度、顶张力或降低钻井液密度等方法改善;海流速度是影响涡激疲劳损伤的重要因素,随着海流速度增加,隔水管涡激疲劳损伤加快。研究结果可为防深水钻井隔水管疲劳损伤的优化设计以及保障深水钻井作业安全提供一定参考。

基于钻井液上返流动作用下的隔水管动力学行为研究

本文对钻井隔水管在海洋环境载荷和钻井液上返流动耦合作用下的动力学行为特征进行了研究。通过能量法结合Hamilton原理建立了隔水管动力学模型,并引入弯曲梁单元的Hermite三次插值函数作为形函数对动力学模型进行离散,以此建立耦合作用下隔水管系统的有限元模型。在此基础上,在时域内通过Newmark积分法对隔水管系统的动力学响应进行数值求解,在频域内对隔水管系统的动力学特性进行模态分析,并进一步探讨钻井液参数对隔水管系统动力学行为的影响。通过数值模拟结果的对比发现:钻井液上返流速越大,隔水管的横向偏移越大,但其对隔水管的弯曲应力和固有频率影响不大;钻井液密度越大,隔水管的固有频率会增大,但其横向偏移会受到抑制。

深海钻井隔水管系统专利分析

隔水管系统简介深海钻井隔水管系统是海洋油气勘探开发的关键技术装备,是连接海底防喷器组和浮动式海上钻探装置之间的重要部件。根据隔水管的技术构架图可知,隔水管系统涉及的主要技术包括连接结构、压力控制、张紧结构以及其他附属装置,参见图1。其中隔水管的连接根据其部位不同,包括隔水管与钻井平台的连接、隔水管与井口的连接、主管与卫星管的连接、隔水管段之间的连接.

深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计

为解决南海台风特征与当前避台方式存在的问题,将从隔水管悬挂方案、新方式的控制方案以及散热三方面来分析深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计,最终得出将软悬挂和硬悬挂相结合的方案,能够满足作业需求。

深水隔水管系统钻井作业工况模拟分析

在钻前阶段,通过对南中国海深水海域半潜式钻井平台深水隔水管系统的钻井作业工况进行模拟,完成了对隔水管系统的轴向动力分析、连接条件下的作业能力和涡激振动等分析,得出了钻井平台安全作业工况条件和应急响应条件,以及在极端工况下的应对措施,对于隔水管系统设计、识别和规避钻井作业风险具有一定的借鉴意义。

无隔水管钻井泥浆举升系统管路特性计算与分析

无隔水管钻井技术使用海底泵举升系统将钻井液和岩屑通过返回管线泵送回海面钻井船,能解决深水钻井地层破裂导致的相关问题,在国外获得了广泛的应用。选用冥律流体沿程压力损失算法,确定了深水泥浆返回管路所需压头的计算方法;对影响管路特性的因素进行深入分析,得出系统的工作水深、钻井液密度和工作流量是设计泥浆举升系统最重要的参数;同时应充分考虑钻井过程中钻井液固相颗粒体积分数、流性指数和稠度系数变化带来的影响,为深水泥浆举升系统的设计提供了理论基础。

深水无隔水管泥浆举升钻井系统配置及安装流程

在对深水无隔水管泥浆举升钻井系统关键设备和水力学计算结果分析的基础上,提出了水深500m和1 500m情况下的无隔水管泥浆举升系统配置方案。针对不同水深情况,给出系统布放方案选择的原则,提出舷侧布放和月池布放2种方案,并对不同布放方案的优缺点进行分析。结合目前无隔水管泥浆举升钻井工艺应用情况,对不同水深情况下系统安装的平台准备和水下设备下入流程进行分析。通过对无隔水管泥浆举升钻井系统与现有海洋装备的匹配及其配置与安装流程制定的研究,对于经济有效地达到钻井目标具有重要指导意义。

深水钻井隔水管连接作业窗口分析

采用通用组合确定准则和非线性搜索方法研究深水钻井隔水管连接作业窗口,建立隔水管-井口-导管整体有限元分析模型,并以钻井平台偏移值、表面海流流速和伸缩节冲程组合参数形式确定隔水管连接作业窗口。研究表明,隔水管钻井窗口总体上呈倒锥形:表面海流流速较小时(小于1.0 m/s),钻井窗口主要受底部挠性接头转角的影响,顺流方向海流流速增加会增大底部挠性接头转角,减小允许的平台最大偏移值,逆流方向相反;当表面海流流速超过1.0 m/s时,钻井窗口主要受顶部挠性接头转角的影响,此时在逆流方向海流流速增加会显著增大顶部挠性接头转角,导致钻井窗口迅速缩小。隔水管连接非钻井和启动脱离程序窗口主要受导管最大等效应力限制,随海流流速增大向逆流方向偏移。另外,通过对隔水管连接作业窗口影响因素进行分析,可知适当提高顶张力和降低钻井液密度可有效扩展隔水管的钻井窗口。

超深水钻井隔水管设计影响因素

超深水钻井隔水管设计的影响因素主要为环境因素与作业因素,前者主要包括水深、波浪、海流,后者主要包括钻井液密度、脱离后隔水管系统悬挂模式、浮力块分布、涡激抑制设备等。系统总结了超深水钻井隔水管设计影响因素,研究了各因素影响隔水管设计的机理,定性或定量分析了各因素对隔水管设计的影响。研究表明,水深和海流是隔水管设计最显著的影响因素,水深增加导致隔水管材料、结构、配置产生重大变化,海流导致隔水管产生涡激疲劳,并增加隔水管下放与收回的难度。悬挂模式影响隔水管系统的浮力系数和浮力块分布,涡激抑制设备造成隔水管作业困难,钻井液密度影响隔水管的有效张力和底部球铰转角进而影响隔水管系统的稳定性。相关结论可为超深水钻井隔水管设计、配置、作业、管理提供参考。

深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析

深水钻井中,若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离,隔水管会反冲,易导致钻井事故。为了解隔水管紧急脱离后的反冲响应规律,分析了隔水管反冲产生的原因及反冲响应过程,明确了隔水管反冲响应的机理和关键影响因素。在此基础上,建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型,以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素,基于ANSYS有限元分析软件,建立了隔水管反冲响应分析模型,并以1 500m水深钻井中的隔水管为例,计算、分析了不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明,与防喷器紧急脱离后,隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲,伸缩节冲程减小。研究认为,紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响,因此应合理选择紧急脱离时刻和顶部张紧力,以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。

深水钻井气侵溢流发展规律及隔水管气侵监测优势

随着石油勘探开发迈向深水超深水,利用隔水管的长度优势、在隔水管底部对气侵进行早期监测的新思路成为研究的热点之一。从深水钻井气侵气体运移的基本规律出发,通过建立深水钻井井筒气液两相流计算模型,分析不同水深、泥线以下深度、井底压差、地层渗透率等工况下气侵气体的运移规律及其与溢流量的关系。结果表明:对于水深大于800 m、泥线以下深度小于2 800 m、地层渗透率小于50×10^(-3)μm^2的深水钻井,在隔水管底部对气侵进行监测比常规的泥浆池液面监测法更具时效性优势,且水深越深,泥线以下深度越小,地层渗透率越小,井底压差越小,该优势越明显。

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。