水下井口头疲劳寿命分析

在海洋钻井和生产过程中,水下井口头系统作为钻井和生产设施的基础装备,其疲劳寿命相当重要。以"勘探三号"平台为假设作业平台,以南海某油田海域作为工程实例取值,应用MOSES软件建立隔水管力学计算MOSES模型,得到求解出隔水管下端挠性接头受到的作用力;然后应用ABAQUS有限元分析软件ABAQUS建立水下井口头的有限元模型,根据研究海域土壤P-y曲线线性化,采用ABAQUS非线性弹簧模拟了土壤与水下井口头的相互作用,对水下井口头进行了疲劳寿命计算。计算结果表明,其疲劳寿命满足相关规范和DNV有关水下井口头的设计和使用要求。

深水水下井口头系统紧锁机构分析

锁紧机构作为连接高低压井口头的重要部件,决定了深水井口头系统在多种外载条件下工作的稳定性和可靠性,对深水油气田作业安全至关重要。介绍了国内外几种典型水下高低压井口头系统及锁紧机构类型,对比分析了不同类型水下高低压井口头系统采用的锁紧机构及其锁紧原理和特点,并对Dril-Quip公司SS-15型井口头系统采用有限元进行了力学分析。结论表明,采取较大预紧力的锁紧机构,可以有效地提高低压水下井口头系统的抗疲劳能力。对深水作业时选择高低压井口头具有一定的指导意义。

水下井口头系统下放工具关键部件设计与分析

水下井口头系统是深海油气钻采必不可少的设备,常规套管挂和密封总成下放工具不能满足现场需要。建立了套管挂和密封总成下放工具力学模型,采用该模型可以直观地描述下放工具受力情况,根据力学模型和分析结果对下放工具进行结构设计。利用ANSYS有限元分析软件对下放工具套管挂携带单元和驱动单元进行接触分析和强度分析。分析结果显示,套管挂携带锁块、挡环和芯轴等关键部件最大应力值小于材料屈服强度,其变形量很小亦可忽略;该下放工具结构满足设计要求,材料选择符合作业标准,可为套管挂和密封总成下放工具的研究提供设计经验。

水下井口头系统用8630钢焊接接头性能研究

采用药芯焊丝气体保护焊对厚32 mm的8630钢进行焊接试验。通过测试和分析焊接接头的金相组织、拉伸性能、冲击性能、导向弯曲性能、硬度等性能,结果表明,采用E100T5-D2焊材在焊前200℃预热、焊后640℃×2 h回火的工艺条件下,合理控制焊接热输入,可以获得性能和组织优良的焊接接头。焊缝区和热影响区硬度均低于22 HRC,焊接接头导向弯曲性能合格,抗拉强度和冲击功均高于母材最低要求。焊接接头性能符合API 6A井口头产品规范。

基于ABAQUS和MOSES软件的水下井口头强度分析

根据江汉石油钻头股份有限公司水下井口头本体的结构特点,以南海某油田作为工程实例,应用MOSES软件计算水下BOP组顶部挠性接头球铰处所受最大载荷,应用ABAQUS软件对其本体进行强度分析。通过分析验证了江钻水下井口头的安全性和可靠性,可为今后类似的分析提供一定的借鉴作用。

水下井口头在张力腿平台顶张式立管作用下的疲劳分析和参数比较

张力腿平台(TLP)通过顶张式立管和水下井口头的结合使用,实现了干式采油在深水浮式平台中的应用。其中水下井口头将会受到顶张式立管给井口头施加的持续荷载,需要对其抗疲劳性能进行校核。以南海某TLP项目为基础,在对该项目井口头系统进行简要介绍后,从长期疲劳分析和单个极端事件疲劳分析两个方面,对疲劳分析进行阐述。然后对影响疲劳分析的几个关键要素进行对比与分析,包括导管头尺寸和焊接疲劳曲线选择等。该研究可为其他深水油气田的开发提供参考与借鉴。

海洋深水钻井井口头系统下放工具研究

介绍了Vetco和Dril-Quip公司的几种典型水下井口头系统下放工具,即临时导向基座(TGB)下放工具、762 mm导管头下放工具以及套管挂和密封总成下放工具。对这几种下放工具的结构特点和作用过程进行分析和总结,提出了改进意见和改进方案———应采用反推的原则设计井口头系统下放工具,明确下放工具与要下放的原件之间的配合方式,确定配合方式后,对下放工具中间部件的连接方式进行设计。这对我国自主开发井口头系统下放工具具有参考价值。

外悬挂深水水下井口切割回收工艺现场应用

水深800 m以内的井,在永久弃井时必须把水下井口头系统从泥线以下约4 m切割回收,这是永久弃井作业的关键一环。在介绍坐压旋转式切割工艺及工具在现场应用中存在问题的基础上,以MOST配套螺杆马达的动力切割回收工具为例,分析了外悬挂深水水下井口头系统切割回收工具的优点。同时以南海某口井为例,对外悬挂深水水下井口头系统切割回收工具进行了现场应用。现场应用结果表明:外悬挂深水水下井口头系统切割回收工艺技术解决了坐压旋转式切割工艺及工具的诸多问题,保证了切割回收工艺技术的安全性和有效性。所得结论可为我国深水套管切割技术的进一步发展提供参考。

环形金属密封总成密封机制及性能分析

环形金属密封总成是水下井口头系统重要组成部分,其性能直接影响到水下井口头系统的安全性,甚至整个水下油气系统的可靠性。分析环形金属密封总成的密封机制和工作原理,结合有限元分析结果,从密封环在密封过程中的变形情况来分析其密封性能。结果表明:密封环在弹性变形阶段可以实现密封,但对密封环的表面粗糙度和表面质量有很高的要求,在环形密封总成工况条件下无法保证,应避免在此阶段实现密封;密封环在塑性变形阶段能够填补环表面存在的缺陷,实现良好的密封;在塑性变形阶段,密封环接触面的变形情况成为影响密封性能的唯一因素。

密封总成内凸缘接触应力影响因素研究

为研究水下井口头系统密封总成与套管悬挂器外壁接触应力的变化规律,以密封体内凸缘为研究对象,在密封机理分析的基础上,建立了密封总成安装力学模型,分析了驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量对接触应力的影响规律。分析结果表明:在内凸缘半径一定时,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力与挤压力有关,驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量都会对挤压力产生影响,通过调整三者参数的大小,内凸缘接触应力也会随之发生变化;在环槽宽度为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随着位移载荷的增大而增大;位移载荷在10~22 mm时,接触应力随着过盈量的增大而逐渐增大;在过盈量为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随位移载荷的增大而增大,但增幅逐渐减小。所得结果可为水下井口头系统密封总成的结构设计与研究提供理论依据。