基于LAGRANGE方程的深水钻井隔水管–水下井口系统动力分析

为了探究大质量、大刚度防喷器组(blowout preventers,BOPs)对深水钻井隔水管系统动态相应预测精度的影响,根据细长钻井隔水管与刚性防喷器组的结构特点,提出两者刚柔耦合的概念,采用能量法推导隔水管–防喷器组–水下井口系统的动能和势能,采用LAGRANGE方法建立耦合系统动力学理论模型,采用科学计算软件和Newmark-β直接积分法对动力学模型进行数值计算。以南海某深水钻井隔水管为例,开展基于耦合动力学模型的隔水管系统动态响应分析。结果表明,采用本文理论模型得到的隔水管不同位置的节点位移、单元弯矩、上部和下部挠性接头转角时程曲线、整体侧向位移包络线和弯矩包络线等与ABAQUS仿真结果均吻合良好,最大误差为8.8%。此方法可为深水钻井隔水管和水下井口系统动态分析提供参考。

基于水下安装工况的液缸举升系统仿真分析

该文依托新型液缸举升系统,研究隔水管柱下放水下防喷器和钻柱下放水下采油树的数学模型,以探究钻柱补偿功能辅助水下设备精准操作的可行性和性能。在AMESim软件平台上搭建液缸举升系统水下安装工况仿真模型,进行4级海况下开启和关闭主动钻柱补偿时水下安装工况的仿真研究,分析单次提升下放操作的最大安全操作高度,探讨不同海况对于水下安装作业的影响。研究表明:液缸举升系统因其自身具备的主动补偿功能,大幅提高了水下安装作业的安全性,作业海况对水下安装的作业窗口和极限操作高度均有较大影响。该研究结果可为液缸举升系统的国产工程化落地及现场应用提供一定的理论指导。

一体式水下井口系统海试应用成功

近日,中国自主研发的一体式水下井口系统在海南文昌海域海试应用成功,该系统可使水下钻井时的表层建井阶段提速超40%,推动海上油田更加经济有效开发。水下井口系统是深水油气勘探开发的关键设备,被安装在海底海床附近,向下与油井的油气生产管道连接,形成一个密闭的油气生产通道,向上与水下采油树、水下防喷器组等大型设备连接并支撑它们的重量,在海洋石油钻探和油气生产流程中起到承上启下的作用。据悉,传统的海底水下井口需要先打一个承载重量的海底“地基”,然后建立一个可承受高温高压的油气生产通道,这个过程被称为海上钻完井表层建井作业。传统的表层建井作业需要“钻两次井眼,下入两次套管和两种井口头”,工程难度大、施工程序多、耗时长、经济性差。中国海油自主研发的一体式水下井口系统,攻克了井口稳定性研究、一体式井口头结构设计等多项技术难题,将两种不同尺寸功能的井口头和套管分别“合二为一”。

深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析

采用水上防喷器(SBOP)系统进行深水钻井可以大大降低作业成本,但在SBOP系统的应用中还有许多问题需要探讨。建立了深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析模型并进行了分析,结果表明:采用水上防喷器系统,导管下入深度可以比常规隔水管系统浅,且导管直径越大水下井口的稳定性越好;大尺寸隔水管会导致水下井口产生较大的横向偏移和弯矩;随着水深的增加,水下井口的横向偏移和弯矩值逐渐增大;水下井口的横向偏移和弯矩值随着钻井平台漂移量的增大而线性增加,并且随着隔水管顶张力的提高而逐渐增大。

基于马尔可夫方法的水下防喷器可靠性研究

水下防喷器是保障海上钻井安全的关键设备,对其可靠性进行定量评价对井控作业有重要的指导意义。为了弥补现有水下防喷器可靠性评价方法的不足,将水下防喷器的工作状态分为四种,包括无故障可用、关井、井控关键失效及关井时失效。利用Markov方法建立了水下防喷器的Markov模型。通过水下防喷器系统的状态转换图找出了各工作状态的转换关系。通过分析墨西哥湾83口深水井水下防喷器的失效数据,定义了影响水下防喷器可靠性的井控关键失效,并对深水钻井水下防喷器防喷功能的可靠性进行了定量计算。将计算结果与不考虑关井期间的井控关键失效相比较发现,防喷器的防喷失效概率增加了65%。因此传统的定量评价方法可能会得出相对乐观的结论,应在实际生产中给予重视。

F48-70型水下防喷器组研制

结合目标平台,采用防喷器结构优化技术、胶芯超弹性复合体三维仿真模拟分析技术、高强度高韧性低合金钢制造技术、抗硫剪切闸板设计制造技术、耐高温胶料配方及硫化技术等水下防喷器组关键技术,研制出了国内首套F48-70型水下防喷器组。F48-70型水下防喷器组配置了抗硫剪切闸板、耐温177℃管子闸板、耐温149℃变径闸板,可满足高温高压、高含硫井钻井作业要求。该防喷器组通过了中国船级社、挪威船级社、四川科特石油工业井控质量安全监督测评中心等第三方的检验,检验结果符合API Spec 16A要求,为该水下防喷器在海上应用奠定了基础。

深海油气开发水下防喷器应急声呐监控系统

本文针对当前深海油气开发井口应急封井装置的远程水声遥控需求,结合国内外当前现状和未来发展趋势,开展了深海井口水下防喷器应急声呐监测系统技术研究。给出了系统总体方案及组成结构,对系统基本工作原理进行了阐述说明,并对系统关键技术进行了具体分析。最后,结合系统样机湖海初步试验情况,给出相应测试结果数据。湖海试验测试结果表明,该系统在兼容国外产品安装结构及工作频带的基础上,扩展了水下控制接口数量,增加了定时水声遥测、水下光控可视化显示以及深海现场更换外部电池时保持工作等功能,具有良好的工程实用性和可靠性。

水下防喷器应急声纳控制系统研究进展

声纳控制系统是一种完全独立于防喷器主控制系统的紧急备用控制系统,当钻井船偏离警戒圈或是防喷器主控制系统失效时发挥作用,避免重大事故的发生。概述了应急声纳系统的构成;介绍了国外3家水下防喷器应急声纳控制系统供应商的最新产品及国内公司在该方面的研究进展。水声通信技术的不断进步,使防喷器应急声控系统的可靠性不断提高,额定工作水深不断增加,逐渐成为水下防喷器系统的标准配置。

水下防喷器组节流压井管线插接器研究现状

节流压井管线插接器是水下防喷器组的关键单元设备,其核心技术主要掌握在国外少数几个防喷器生产厂家。为保障我国能源安全和海洋权益,应加快开发具有自主知识产权的水下防喷器组。介绍了常用机械式和Hydril、Radoil、AXON及Shaffer液压式水下防喷器组节流压井管线插接器的研究现状,分析了它们的结构特点及优缺点。国内在开发水下防喷器组节流压井管线插接器时应在产品结构、密封材料、锁紧机构等方面加强研究。

水下防喷器控制系统故障应对方法

水下防喷器是处于高压、易腐蚀的工作环境,不可避免出现管线刺漏、破损等等原因导致的防喷器控制系统出现各种故障。水下防喷器作为海上钻井的重要井控设备,控制系统失灵将导致极为严重的后果。本文将根据若干实例说明,水下防喷器控制系统出现几类故障后可以采取的应对措施。

Frigstad D90平台水下防喷器控制系统分析

本文主要对Frigstad D90平台水下防喷器控制系统的结构及其控制系统原理进行相关的研究,总结出新一代Shaffer水下防喷器的工作特点和性能。

Shaffer旋转防喷器现场应用工艺研究

Shaffer电控旋转防喷器采用了PLC程序化控制,其使用安全系数高、操作人性化和安装使用方便的优点在国外已经得到了普遍认可,其智能化的控制功能必将成为普通防喷器今后设计和发展的趋势。但这些优点在国内使用时却得不到显现和认可。作者在对Shaffer旋转防喷器的国内现场使用情况进行调查研究的基础上,制定了Shaffer旋转防喷器现场应用"一高二低三定"六字作业法,使其设计优点得到了充分展现,有效规避了一些现场故障,大大提高了其使用经济效益。

无线传感器网络在水下防喷器控制系统中的应用

针对海洋上逃生、救援、作业及其困难的问题,水下防喷器及控制系统的可靠性、安全性尤为重要。把无线传感器网络应用到水下防喷器控制系统,提出了一种能量有效无线传感器网络通信算法,使各控制终端之间采用一种自组网、多路径传输的形式,在原通信组网方式的基础上进一步增加系统的可靠性和安全性。

海洋油气开发水下防喷器紧急备用控制系统研究

针对国内外老旧半潜式钻井平台缺乏有效二级干预手段来快速遏制井喷的问题,分析国际主流水下防喷器紧急备用控制系统特点与工作原理,综合考虑各系统可靠性、响应速度以及配置影响因素,确定梯度布置多种紧急备用控制系统的总体方案。探讨未来水下防喷器紧急备用控制系统的发展趋势,为海洋油气开发用井控设备的国产化提供参考。

水下防喷器控制系统故障分析及其处理——以萨哈林某井为例

阐述了半潜式钻井平台水下防喷器控制系统的工作原理,以"勘探X号"半潜式钻井平台在俄罗斯萨哈林海域作业时防喷器控制系统出现的故障为例,分析其故障原因,介绍处理方法和应对措施;给半潜式钻井平台水下防喷器控制系统故障分析和处理提供借鉴和指导作用,特别是半潜式钻井平台在寒冷海域和深水区域作业时。

Shaffer旋转防喷器液压泵站故障诊断及配件国产化研究

简要介绍了Shaffer旋转防喷器液压泵站的构成及技术特性。给出了液压系统的故障诊断方法。根据各种诊断方法的特点及该系统的作业工况,采用合适的诊断方法对该液压泵站的液压系统进行故障诊断。对设备的部分配件进行国产化,可降低其使用成本。通过该研究可以及时的排除液压泵站的故障,保证欠平衡钻井作业的正常运行,不仅缩短钻井周期,降低钻井成本,提高经济效益,更重要的是为其它所应用的大型液压设备的故障诊断打下坚实的基础。

深水钻井水下防喷器组配置选型研究

深水防喷器组是保障深水钻井作业安全的重要装置,与陆地相比其配置有所不同,因此有必要开展该方面的研究,以便为我国开展深水钻井作业设计提供有价值的指导。参阅了国外深水钻井作业实践和相关资料,并统计了全球最大的深水钻井承包商Transocean公司典型深水钻井船的防喷器组配置情况。在此基础上给出了不同水深时深水防喷器组的推荐配置,包括压力级别、配置方式、质量和高度等,可以作为深水钻井防喷器组配置的参考。

水下防喷器疲劳寿命分析及判废研究

目前,国内尚无针对水下防喷器专用的判废标准,采用通用判废指标对其进行判废,适用性较差。在分析国内外井控装备判废标准的基础上,确定了年限和承压次数为防喷器的主要判废指标。通过防喷器壳体的强度分析,基于材料的S-N疲劳曲线法,计算防喷器壳体疲劳寿命;应用Paris公式对含裂纹缺陷防喷器壳体疲劳寿命进行分析。结果表明:防喷器壳体在额定工况下及试验工况下满足强度要求;以疲劳理论计算出额定工作压力工况下的防喷器的承压循环次数及工作年限远大于标准中要求的指标;含有初始裂纹防喷器壳体的疲劳寿命远小于未含有裂纹的壳体疲劳寿命,且随着初始裂纹尺寸的增加,防喷器壳体的疲劳寿命逐渐降低。通过对防喷器壳体进行疲劳寿命分析,为水下防喷器判废研究提供了一种新思路。

基于XFEM的水下防喷器裂纹扩展分析

防喷器壳体存在初始裂纹会严重影响其安全性能并缩短其使用寿命,因此有必要对防喷器壳体裂纹扩展规律开展研究。在运用ABAQUS软件对防喷器壳体做强度分析的基础上,采用扩展有限元法(XFEM)对含不同尺寸初始裂纹的水下防喷器壳体进行裂纹扩展分析。研究结果表明:防喷器壳体在额定工况下及试验工况下均满足强度要求;初始裂纹的存在会降低防喷器壳体的承压能力;随着防喷器壳体初始裂纹深度及长度的增加,裂纹起裂压力逐渐降低;裂纹后期扩展速率大于初期扩展速率。对防喷器壳体裂纹扩展的仿真模拟,显示了XFEM在防喷器断裂失效分析方面的独特优势,并为防喷器判废研究提供了一种新思路。

新型水下防喷器导向系统的研制

研制出了一种新型水下防喷器导向系统,该导向系统省去了导向基板,在水下防喷器下放过程中,利用加装了特制铁钩的导向绳和预先焊接在水下基盘上的挂耳,能够简单有效地解决水下防喷器下放过程中的导向问题。所研制的新型水下防喷器导向系统已成功应用于陆丰13-2油田开发工程,具有良好的应用前景。