随机波浪及平台运动下控压钻井隔水管端部轴向位置预测方法

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)技术是深水钻探时解决泥浆密度窗口较窄问题的重要技术。MPD隔水管端部为旋转控制头(rotating control device,RCD),其轴向位置的变化会直接影响井底压力。目前关于深水MPD隔水管端部轴向位置预测方法的文献较少。本文基于欧拉-伯努利梁理论,考虑管内高压和钻井液流速的影响,采用直接刚度矩阵法建立MPD隔水管系统动力学理论模型,采用Newmark-β积分法对MPD隔水管系统的动力学方程进行求解,并进一步开展随机波浪及平台运动下隔水管端部轴向位置的动态预测研究。以南海某1600 m水深隔水管为例进行分析,算例表明,一年一遇随机海况、管内高压为12 MPa,钻井液流速为2 m/s,钻井液密度为1600 kg/m^(3)时,隔水管端部轴向位置改变量在0.5~0.6 m之间波动;当进一步考虑平台慢漂运动时,隔水管端部轴向位置改变量在0.2~0.7 m之间波动。据此可计算得到井底压力的波动范围,从而可为控压钻井作业时井底压力的精确调控提供参考。

深水钻井隔水管静态有限元求解器设计

借助仿真分析来确定钻井作业的最佳参数,对于降低钻井过程中隔水管系统失效危险性意义重大。在对深水钻井隔水管系统静态有限元求解研究的基础上,采用Matlab程序设计深水钻井隔水管静态有限元分析求解器,以1 500 m水深某井为例进行实例分析,并对分析结果进行了验证。设计时隔水管单根采用二维梁单元进行模拟,所支持的单元类型包括所有关键的隔水管部件,隔水管张力以恒定载荷的形式施加在隔水管系统顶部。研究结果表明,软件的计算结果与ABAQUS的计算结果吻合,二者形状规律一致,在数值上也很接近。

钻井隔水管操作工况强度分析

海洋石油开采钻井时常用钻井隔水管,其中最常用顶端张紧式钻井隔水管。本文针对核钻井隔水管操作状态下的强度作出了计算分析。采用有限元软件ABAQUS计算了操作工况下核钻井隔水管的有效拉力、弯矩、上下端挠性接头转角、组合应力及伸缩节冲程,并通过API RP 2RD和API RP16Q[1]规范要求,对其强度进行了校核。同时得出了该钻井隔水管操作工况时的强度规律,为后续工程设计提供了一定的参考。

基于ANSYS的深水隔水管静力学分析

深水隔水管是深海石油钻采作业中的一项关键装备,各环境因素对其的影响是设计过程中的重点。通过有限元分析软件ANSYS针对深水条件下长度分别为1000 m和500 m的隔水管进行静力学分析,并通过控制变量法得出了作用在隔水管上的各载荷对隔水管受力和变形情况的影响;最后基于计算分析结果给出了保证隔水管安全工作的建议。