水下油管悬挂器金,属密封设计及有限元分析

在水下油气开采领域中,水下采油树是水下油气田开发中重要的井口控制装置,油管悬挂器是水下采油树必不可少的重要组成部分,金属密封是油管悬挂器的重要零部件,金属密封性能的好坏决定着水下采油树的工作效率。为了保证水下采油树的高效工作和使用寿命,避免水下采油树因密封问题出现损伤。对油管悬挂器的金属密封进行有限元设计分析,保证水下油管悬挂器金属密封的可行性。分析结果表明,金属密封的密封能力和稳定性符合设计要求。

内部锁紧式双油管悬挂器设计与试验研究

随着对开采油气产量与效率的要求日益增加,因此对井口的安全性以及实用性提出了更高的要求。结合现场对油管悬挂器结构的要求,以API6A标准为依托,设计了一种内部锁紧式双油管悬挂器。该悬挂器可提供双通道同时进行油气开采,提高开采效率,并采用内部锁紧式结构,减少井口外部的泄漏点,提高密封可靠性与安全性。通过ANSYS WORKBENCH软件对双油管悬挂器进行承压与承载力学分析,验证了其理论设计的可行性,同时进行了产品密封与承载试验,完成了产品结构的最终确认,为现场安装应用奠定了基础。

水下采油树油管悬挂器安装工具强度分析

基于水下采油树油管悬挂器安装工具结构优化项目工作,采用Ansys软件重点分析安装工具在测试工况下的强度,并给出分析方案,对未来油管悬挂器安装工具的研究提供一定参考。

深水采油树油管悬挂器下放工具关键参数设计

国内深水采油树研究处于起步阶段，迫切需要对水下采油树的各重要部件进行设计研究。为此，针对水深为1500m、压力等级为69MPa、温度等级为-18～120℃的设计条件，根据ISO13628—4和API17D的相应规范，设计了一套深水采油树油管悬挂器下放工具，对该工具的关键参数进行了设计分析，计算了锁紧环径向挤压力的大小，并对下放工具的主要受力零件进行了有限元强度分析。分析结果表明，设计的下放工具满足强度和功能要求。

水下采油树油管悬挂器密封技术研究与发展趋势

水下采油树油管悬挂器是水下生产系统的关键设备,其密封性能关系到深水石油开发的成败。介绍了国外ABB Vetco Gray公司、Cameron公司、Dril-Quip公司和FMC公司的水下油管悬挂器密封技术,阐述了密封作用的原理,并对国外公司不同类型密封圈的性能进行了对比。同时分析了水下油管悬挂器密封的关键技术,总结了高温、高压、强腐蚀环境下油管悬挂器密封的发展趋势,最后指出金属与非金属组合的密封形式是当前水下油管悬挂器密封设计的主流,PTFE和PEEK等密封材料的发展将大大增强悬挂器的密封性能,其他新材料的出现也必将提高悬挂器密封的可靠性。

基于Abaqus的油管悬挂器锁紧机构接触分析

利用Abaqus有限元软件对普通C形卡环、带圆角C形卡环和卡块式3种不同的油管悬挂器锁紧机构在锁紧过程中所受的应力进行了分析。在分析时切向接触条件使用Conlomb摩擦模型,限制了卡环竖直方向的自由度,只允许卡环在水平面有位移。分析结果表明,普通C形卡环式锁紧机构的应力最大,卡块式锁紧机构的最大应力最小;带圆角的C形卡环应力分布比普通C形卡环更为均匀,过渡更为平缓;卡块式锁紧机构的最大应力明显小于卡环式锁紧机构,若能在卡块与推动环接触处增加圆角,则能进一步减小应力集中,降低最大应力值。

水下采油树油管悬挂器密封性能分析

以水下采油树油管悬挂器密封结构为研究对象,建立金属密封圈凸缘处的接触面为半圆形接触面(密封Ⅰ)和倾斜接触面(密封Ⅱ)2种形式的力学模型,利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分析过盈量、压力和温度对金属密封圈最大Mises应力和最大接触应力的影响及不同过盈量时接触应力在接触宽度上的分布。结果表明:密封Ⅰ的最大Mises应力和最大接触应力都随着过盈量、工作压力和温度的增加而增加,而密封Ⅱ的最大Mises应力和最大接触应力呈现不同的变化趋势;密封Ⅰ能够提供较大的接触应力,具有很强的密封能力,但密封宽度相对较小;一定的过盈量时,密封Ⅱ能达到较大接触宽度,保证良好的密封性能。

不同工况下的水下井口油管悬挂器有限元分析

在水下油气开采过程中,油管悬挂器是水下井口核心的承压部件,其性能高低决定开采系统能否持续安全可靠运行。对处于500 m水深的油管悬挂器在下放过程、密封激励建立过程和工作过程3种复杂工况下进行强度及疲劳寿命分析。分析结果表明:油管悬挂器在密封激励建立过程中,最大等效应力为427.01 MPa,最大变形量为0.27226 mm,最小疲劳寿命为12174 d,确定其为最危险工况。对处于密封激励建立过程的油管悬挂器主体分别进行模态及可靠性分析,以全面评估其安全性能;运用Modal模块分析得到油管悬挂器的6阶固有频率都较高,远远高于水下井口涡轮转动频率,不存在共振风险;运用6σ模块分析得到油管悬挂器的可靠性为98.61%,并发现材料的许用应力和外界载荷对油管悬挂器的可靠性影响最大。研究结果可为油管悬挂器的优化设计提供参考。

天然气井油管悬挂器腐蚀失效分析

用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪对天然气井油管悬挂器腐蚀失效进行了检测分析 ,并对天然气井油管悬挂器用 35CrMo钢进行了盐雾试验 ,结果表明 ,天然气中的水和CO2 是引起腐蚀的主要介质 ,腐蚀产物主要是FeCO3 ,高速天然气冲刷和钢中的非金属夹杂加剧了腐蚀的速度 .

水下油管悬挂器技术现状与研制要点

结合相关标准和国外公司的成型产品,采用对比分析的方法,阐述了水下油管悬挂器的功能。分析了多孔型、同心型和卧式采油树油管悬挂器的结构特点,并介绍了FMC、Aker Kvaerner和Vetco Gray公司的水下卧式采油树油管悬挂器产品。对锁紧装置、密封结构、导向装置、贯穿接头及通道等的研制要点进行了说明,指出水下油管悬挂器的技术发展趋势为深海域、系列化、智能化。为研制国产水下油管悬挂器提供借鉴。

水下油管悬挂器贯穿液路测试工具有限元强度分析

贯穿液路测试工具是水下油管悬挂器工厂验收试验所需的配套工具之一。由于其工作时需承受高压,为保证性能安全,分析了该工具的关键承力件,并建立有限元模型。开展了3种承压工况下的模拟计算,得到连接螺钉和紧固套上的最大应力、应变值,并根据API RP 17G和API 6A标准,对测试工具的强度和可靠性进行评估。最终确定了不同液压载荷下可同时加压的液压接头数量及组合方式,为贯穿液路测试工具的设计开发和使用操作提供指导。

水下采油树油管悬挂器K形金属密封环密封性能模拟分析

水下采油树油管悬挂器的密封性能直接关系到水下采油树工作的可靠性,密封一旦失效,将会导致生产通道中的原油及生产过程中注入的化学试剂发生泄漏,造成环境污染。本文利用ABAQUS软件建立了真实工况下(最大水深1 500 m,压力等级69 MPa,温度等级180℃)水下采油树油管悬挂器K形金属密封环的有限元模型,分析了不同初始过盈量、工作压力和工作温度对金属密封环最大Mises应力和最大接触应力的影响。分析结果表明,K形金属密封环的最大Mises应力和两侧的最大接触应力随着工作压力的增加而增加,最大Mises应力和外侧的最大接触应力随着过盈量的增大而减小,内侧的最大接触应力则随着过盈量的增大而增大,而工作温度对其影响不大。在不同工作温度和过盈量一定的条件下,当工作压强小于40MPa时,K形金属密封环两侧的最大接触应力均超过介质压力的2~3倍,而当工作压强大于40 MPa时,K形金属密封环外侧的最大接触应力超过介质压力的10倍,因此K形金属密封环在各种工况下均能满足密封准则,能对油管挂形成良好的密封。本文研究结果对水下采油树油管悬挂器的密封设计有一定的指导意义。

油管悬挂器K形金属环密封特性模拟分析

为研究自紧式金属密封环的最佳预压缩量及其密封性能受工作介质压力和温度载荷变化的影响规律,以一种油管悬挂器K形金属密封环为例,利用Workbench软件建立了水下采油树油管悬挂器出油口处的K形密封环有限元模型并进行分析。研究结果表明:K形密封环在下放安装工况和生产工况均能保持良好的密封性能;安装工况下K形密封环最佳预压缩量范围的下限由其进入塑性阶段时的压缩量作为评判指标,上限由压缩量对塑性变形面积、 接触宽度和接触应力的影响共同判定;随着生产工况介质压力的升高,K形密封环实现自紧密封且接触应力显著提高,同时K形密封环的最大Mises应力始终小于材料的强度极限,保证了密封整体结构的完整性。研究结果可为K形密封环的结构设计及优化提供基础,并为类似异形金属密封件的参数设计提供依据。

油管悬挂器及下放工具性能鉴定试验方法

对油管悬挂器及其下放工具进行性能鉴定试验能确保产品的性能和可靠性,对于减小潜在事故发生的可能性具有重要意义。在介绍油管悬挂器及其下放工具结构功能的基础上,阐述了性能鉴定试验的基本概念及目的,参考相关标准并结合所研究对象的特点,提出了一套卧式采油树油管挂及其下放工具的性能鉴定试验方法。该方法将试验过程详细划分为试验准备、试验运行及试验后总结3个阶段,增加了对受试物体的故障模式和影响分析以及试验过程中故障的处理程序等;同时能针对不同的试验对象及试验项目,结合实际情况和相关标准中的规定,给出具体的接受或失效判据。所得结论对保证水下采油树安全运行意义重大。

水下采油树油管悬挂器传热计算分析

水下采油树是深海油气开发的关键设备,油管悬挂器作为采油树核心部件,其传热计算关系到后期油气的流动安全。以传热学理论为基础,分析水下采油树稳态和非稳态条件下传热控制方程及边界条件,对混合天然气比热容、导热系数以及对流换热系数等进行计算。采用数值传热方法建立水下采油树油管悬挂器传热的有限元模型,对油管悬挂器在稳态生产阶段和非稳态停机阶段的温度场分布进行数值模拟。稳态计算结果显示:油管悬挂器内壁温度关于X=0截面对称分布,最高为57℃,为生产的油气温度,最低温度出现在油管悬挂器顶部位置,为21.672℃;停机8 h后,油管悬挂器温度下降到21.66℃;在停机0.5 h内,温降幅度最大,油管悬挂器温度降到25℃,说明内部产出流体在关机初期和采油树本体间的热量交换剧烈;2 h后温度逐渐接近海水温度,最终达到稳态。

水下采油树油管悬挂器锁紧块参数设计

油管悬挂器是水下采油树的核心部件,其锁紧机构对油管悬挂器至关重要。阐述了油管悬挂器锁紧机构的组成、锁紧及解锁原理,确定了锁紧方案和解锁方案。对锁紧块在锁紧和解锁工况下的受力进行分析,得出2种工况下的推动环倾角均为45°。分析了单齿锁紧块和多齿锁紧块的受力情况和力传递途径,推导出单齿锁紧块和多齿锁紧块在X方向和Y方向的受力方程。建立了单齿轮廓和双齿轮廓的有限元模型,研究不同锁紧齿数对载荷传递路径的影响及不同路径应力分布。研究结果表明,2齿形的锁紧块结构更适合油管悬挂器的锁紧机构。

水下油管悬挂器锁紧结构有限元强度分析

水下油管悬挂器是水下采油树上的关键部件之一,由于其工作时与油气介质接触,且承受井内高压和油管串重力,需保证其与水下采油树可靠锁定。以水下油管悬挂器锁紧结构为基础,建立有限元模型,设置了载荷与边界条件、接触对和单元类型,并赋予材料属性。采用Explicit显式求解方法,完成油管悬挂器锁紧过程的模拟计算,得到各零件的最大应力值。根据API 6A标准对锁紧结构的强度和可靠性进行评估,为水下油管悬挂器的设计开发和试验、应用提供技术支撑。

双管油管悬挂器加工工艺研究

双管油管悬挂主要用于井口采油树中油管头内,采用双管结构,无需再打一个井口,可以节省空间和减少经济损耗,由于其结构复杂,形状不规则,双孔不对称偏心、尺寸和公差等加工精度要求高,一直给生产加工带来很多困扰。经过在实践中的摸索,通过优化热处理工艺,优化机加工工艺,并借助自制工装和辅助点焊等技术实现对产品尺寸、偏心位置精度的要求,能够显著地提高加工效率和一次检验合格率。

关于油管悬挂器的设计计算及选材

针对高超深井油管悬挂器设计计算及选材的问题,分别对油管悬挂器本体为75K 12Cr13和120K 718ALLOY的材料的连接强度和悬挂器本体的拉伸强度进行计算,以及油管自身承载能力的计算。结果表明:120K 718ALLOY油管悬挂器在同压力等级下具有更高的载荷能力,可以满足如高超深井等工况更苛刻的井口使用要求。

深水液控式油管悬挂器安装回收工具研制

目前,国外深水水下采油树以及油管悬挂器的配套工具技术成熟,国内相关领域的研究较少。鉴于此,针对研发的深水液控式油管悬挂器安装回收工具,从工具结构特点、工作原理、技术参数选取、加工制造难点和试验鉴定方法等方面进行了详细阐述。该工具的设计满足API 17D的标准要求,可用于深水油管悬挂器的快速安装、回收、紧急回收作业,设计工作压力为69 MPa,设计规范级别为PSL3级,总体结构为中空的套筒式结构,采用液压控制方式实现锁紧解锁机构的动作。该工具完成了工程样机的试制和试验,解决了工具密封面加工和小直径深长孔加工等制造难题,试验结果满足设计要求。该工具的成功研制打破了国外技术垄断,对同类产品的设计、制造以及水下设备的配套和推广有积极的借鉴作用。