中国石油钻井院

中国石油集团钻井工程技术研究院（简称＂中石油钻井院＂,英文缩写DR）是中国石油天然气集团公司直属科研机构,主要从事钻井共性、特色、关键、储备技术和钻井新装备、新工具、新仪器和软件的研发,是中石油集团公司总部的钻井技术参谋部,钻井高新技术的研发中心,国内和海外钻井生产的技术支持与服务中心,钻井高新技术产业化基地。01 PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统中国石油集团钻井工程技术研究院依托国家科技重大专项自主研制的PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统,集恒定井底压力与微流量控制功能于一体,可进行近平衡、欠平衡精细控压钻井作业,

海洋立管横流向与双向涡激振动研究

深海装备多以圆柱形结构物为主,涡激振动现象是其研究的热点。对质量比为2和5的立管进行横流向及双向涡激振动数值模拟,研究不同质量比条件下顺流向振动对横流向最大振幅和锁定区间的影响,以及圆柱振动轨迹变化规律。研究结果表明,在锁定区间内、2种质量比条件下,双向涡激振动的横流向振幅明显大于单向涡激振动的横流向振幅;顺流向振动也存在锁定区间,质量比为2的圆柱锁定区间与横流向锁定区间相同,锁定区间内顺流向振幅较大,质量比为5的圆柱在横流向的锁定区间内,顺流向振幅很小,横流向振幅与顺流向振幅之比很大;质量比为2的圆柱体在研究范围内振动轨迹皆为"8"字形,在锁定区间更明显。所得结果可为我国海洋立管的涡激振动分析提供参考。

3根附属杆对海洋立管涡街抑制效果的研究

升力波动产生的涡激振动会大大影响弹性支撑及细长柔性结构物的寿命。通过数值模拟的方法在不同来流角度及多个间隙比条件下,针对3根附属杆抑制装置对立管所受流体力的抑制效果、泄涡模式及抑制机理进行深入研究。研究结果表明,附属杆对立管涡街及其产生的拖曳力系数平均值和升力系数均方根值有较好的抑制效果,对立管的泄涡有较好的抑制效果。当间隙比为0.7~0.8时,对于不同的来流角度均有较好的抑制效果,此时对升力系数均方根值CRMSL的抑制率可以超过75%;间隙比和来流角度对附属杆的抑制效果影响较大,间隙比过小或过大都不能达到较好的抑制效果。所得结论可为我国海洋立管的涡激振动抑制装置研究提供参考。

最具开发前景的西非深水海域油气田及发展趋势——随着跨国大石油公司纷纷涉足西非深水油气的开发，西非海域将成为未来海上油气田开发的主战场

西非深水海域油气资源十分丰富，海洋环境条件温和，开采前景广阔，目前已成为世界上公认的最具开发前景的地区之一。西非海域深水油气田主要分布在尼日利亚、安哥拉、赤道几内亚、加蓬等国的深水区块。西非60年代初开始勘探开发，首先在尼日尔NigerDelta浅水区和加蓬PortGentil区域取得诸多成功，随后在刚果发现了Emeraude油田，发展势头迅猛。

废弃海洋石油平台的拆除

随着相当数量的海洋平台接近或者超过服役年限,越来越多的废弃平台需要拆除。文中介绍了国内外海洋石油平台拆除的现状,说明了现有废弃海洋平台拆除的相关技术,最后指出了我国在海洋石油平台拆除行业所面临的挑战,并提出了相应的建议。

深海油气田开发模式及控制因素分析

海洋深水油气田开发的特点是高技术、投资巨大、高风险和高回报率。深水油气田开发模式的选择决定着深水油气田开发的经济性、安全性和有效性,众多石油公司的开发经验表明,在开发前期进行开发模式的选择研究非常重要。深水油气田开发模式的选择受多种因素影响,对这些控制因素进行了研究与分析,得出深水开发模式选择的一般原则。

深水管汇安装方法及其在南海荔湾3-1气田中应用研究

针对深水、超深水中水下管汇的安装问题,以巴西Roncador油田P-52油藏MSGL-RO-02气举管汇的安装为例,对比了吊装法、滑轮法和下摆法的特点,详细分析了三种安装方法对该气举管汇安装的适应性。分析表明,吊装法因自身载重能力、轴向共振问题不适合MSGL-RO-02气举管汇的安装;滑轮法因Roncador油田自身半潜式平台的吊装能力无法满足而被弃用;下摆法是目前最先进的深水、超深水大型装备的安装方法,因避免了吊装法和滑轮法的弊端,成功将重280 t的MSGL-RO-02气举管汇安装在1 845 m的超深水中。在此基础上,初步提出适合荔湾3-1气田的可选安装方案——滑轮法或下摆法,对我国南海深水油气田大型深水设备的安装具有一定的指导意义。

基于灰色关联的深水浮式油气开发平台选择

为了选择特定深水条件下合适的油气钻采平台,提出基于灰色关联理论的深水浮式油气开发平台选择方法,并对该方法进行了验证。通过分析深水浮式平台选择影响因素,确定了13种主要影响因素,并统计归纳了65座全球目前运行良好的深水浮式油气开发平台(包括张力腿平台、深吃水立柱式平台、半潜式平台和浮式生产储油装置)的相关数据。以某待开发深水油田为例给出了平台选择的具体方法:以该油田平台影响因素序列为参考序列,利用灰色关联分析法计算得到各平台影响因素序列与参考序列的关联度,选出关联度最高的平台为最优平台。通过2个算例验证了方法的可行性和可靠性。

深海水下采油树下放安装过程分析与研究

通过对深海水下采油树下放安装工艺流程进行分析,确定了不同安装阶段的载荷情况和边界条件,建立了水下采油树下放安装过程下放钻杆的力学分析模型,对模型进行了有限元计算,分析不同边界条件和载荷作用下下放钻杆的应力、横向位移和变形情况。分析结果表明,深海水下采油树下放安装过程中,下放钻杆在波浪、海流和平台偏移的共同作用下,会产生较大应力,最大应力值达到166.064 MPa;水下采油树还未安装到位与水下井口连接的工况条件下,下放钻杆与平台连接处附近承受的最大总应力为137.841 MPa,下放钻杆下端横向位移最大可达59.64 m;水下采油树安装到位并与井口连接的工况条件下,水深40 m附近总应力达到最大为166.064 MPa。

水下生产系统典型布局形式的适应性研究

为了进一步研究水下生产系统的4种典型布局形式在工程应用中的可行性,以西非深水E油气田为例,根据其水深、油藏规模、井口数量、井网分布等,提出全干式、全湿式和半干半湿式的独立开发模式,并结合4种布局形式的特点,设计出7种水下布局方案。最终推荐全湿式的5个丛式管汇的布局CM-5-1和CM-5-2作为可选方案。在此基础上,得出水下生产系统布局的几点启示,以期为我国南海深水油气田水下生产系统的布局提供参考。

刚性连接双层海底管道高温侧向屈曲分析方法研究

以惠州25-3/1双层海底管道为例,提出高温荷载下刚性连接双层海底管道的侧向屈曲分析方法,并研究该类管道的侧向屈曲特性。将解析分析与有限元技术相结合,在提出刚性连接双层海底管道屈曲分析方法的同时,发展了Hobbs公式的应用范围,使其成为屈曲分析有限元建模指导工具。以分析不稳定平衡问题的改进Riks方法被证明为高温海底管道屈曲分析的有效算法,得到的弧长—载荷比例因子曲线能够充分地描述双层管道的屈曲失稳过程。惠州管道的分析结果表明,刚性连接双层海底管道的整体热稳定性较高,在海床上一般不容易发生侧向屈曲,但热荷载作用下内管的后屈曲将有可能引发较高的应力集中,对此需要充分校核;另外环空间隙的减小有利于提高内管的临界屈曲载荷,从而提升管道的整体性能。

卷管铺设的管-滚匹配设计方法研究

卷管直径与滚筒直径的匹配设计是卷管铺设技术的关键问题,若按照纯弹性理论进行分析,即使最小的滚筒直径也超出了常用滚筒直径的取值范围,管道在上卷过程中必然要发生塑性变形,因此纯弹性理论在设计管道及滚筒直径时不可取。为对卷管直径与滚筒直径的设计提供理论依据,根据弹塑性理论,依据高应变材料发生屈服时的Ramberg-Osgood方程推导了改进的Ramberg-Osgood公式。为进一步证明推导的公式所设计的管道及滚筒直径的准确性,对管道的上卷过程进行有限元数值模拟,并与理论值进行了比较。结果表明,管道与滚筒直径设计合理,为卷管铺设技术在深水工程的应用提供了一种简单的设计计算方法。

考虑桩基弱化的导管架平台横向振动特性试验研究

导管架平台桩身循环往复运动将使桩周土体超孔隙水压增加、横向土抗力降低,从而导致桩基弱化。泥面以下6倍桩径处嵌固桩身的等效桩简化理论没有考虑桩基弱化对平台基础自然频率的影响,计算结果与实测值有一定差距。为研究桩基弱化对平台结构横向振动特性的影响,进行了比例尺为1:10的导管架平台模型试验,测量不同循环荷载作用之后导管架平台模型水平方向的振动特性。由试验结果可知,桩基横向土抗力在不同循环荷载作用过程中出现不同程度的衰减,桩基土抗力的衰减与桩身往复运动的幅值和次数有关。考虑桩-土相互作用时导管架平台模型两个水平方向的基础自然频率(基频)比等效桩理论计算值分别低15.5%和6.0%。桩基弱化后,实测值与计算值的差距增大到22.0%和13.4%。假设导管架-桩-土系统阻尼为比例阻尼,通过试验结果发现,桩基弱化对系统阻尼影响较小。

深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展

与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质,是传统立管发展中不曾遇到的问题,也是控制立管疲劳寿命的主要因素,特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定,成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂,因此管土相互作用模型的提出大多是建立在模型试验的基础上。通过对国内外深水SCR触地区管土相互作用试验研究案例的分析,简要介绍了SCR触地点的动态响应取决于一系列参数,如海床土刚度、加载状况、立管的提升速度、土的重塑时间和土吸力等,并设计了一套三维管-土相互作用的试验装置,能够为深水钢悬链线立管触地区管-土相互作用的试验研究提供参考。

波流作用下导管架平台桩基冲刷试验研究

海洋导管架平台桩基冲刷受到环境条件(波浪和海流)、桩径大小和海床表面土体复杂特性条件影响,现场分析极其困难。现有各种桩基冲刷计算理论均建立在一定的简化假设基础上,与实际桩基冲刷状况存在一定程度上的偏差。以JZ20-2MUQ型导管架平台为原型做缩尺模型试验,与理论分析相比,能够更加真实地模拟出桩基冲刷现象以及形成的冲刷坑形态和大小。利用试验测量数据研究了各影响因子对桩基最大冲刷深度的影响,且用Origin数据分析软件对各影响因子的数据进行准确拟合处理,得出导管架平台桩基冲刷在粘土条件下最大深度非线性回归公式,该公式概念清晰,具有很好的实用性,可为基于冲刷的导管架平台桩基设计提供科学依据。

深水管道装置安装方法研究

研究适合不同需求,尤其是适应深水环境、较大水下结构物安装方法,对于实际工程项目方案的确定和实施具有重要的参考价值。在调研大量水下生产系统开发方案和安装工程实例的基础上,归纳了管道装置的安装方法、安装装备在不同条件下,尤其是深水环境下所采用的不同方法。通过对比各种安装方法的优点和限制条件,指出了中国南海深水油气田在安装技术方面应开展的工作。

海流作用下的深水懒波型立管形态研究

作为一种改良型的钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR),钢质懒波型立管(steel lazywave riser,SLWR)在深水油气开发中的应用越来越广泛.SLWR的立管形态在其设计中至关重要.在海流作用下,SLWR的立管形态会发生相当大的变化.利用非线性大变形梁理论建立了海流作用下的SLWR立管模型,能更好地反应其真实的力学形态.通过数值方法得到了本模型的数值解,并详细分析了海流对立管形态的影响.本模型对SLWR的动态分析提供了重要的参考作用.

内压作用卧式采油树油管挂承载能力研究

利用ABAQUS有限元软件建立了油管挂三维简化模型,研究开口对应力分布及承载能力的影响,将出油口直径与壁厚进行比较,分析不同出油口直径和壁厚配置对应力分布的影响。建模时将油管挂简化为具有大尺寸侧开口的内压圆筒,采用20节点2阶六面体单元划分网格。分析结果表明,开口内径比对承载性能的影响呈先降低后回升的趋势,其作用机理在于小直径开口对局部应力突变影响较大;侧向开口增加局部应力,导致应力分布不均匀。

冲刷后地基土体特性及平台桩基承载力研究

评价冲刷对桩基础的影响常采用将冲刷掉的土层直接移去且认为下层土体物理特性不变的方法。该方法忽略了冲刷前后土体经历的应力历程的差异及由此导致的土体特性变化。基于冲刷作用下砂土地基土体特性的变化,对平台桩基承载力性状进行了研究。对冲刷后砂土地基土体的摩擦角、相对密度和超固结率进行了估算。在此基础上提出冲刷后砂土地基极限土抗力计算公式,并对冲刷后桩基土抗力p-y曲线进行了修正。最后利用SACS 5.2软件分析冲刷后横向受载桩的动力响应。分析结果表明,忽略冲刷后土体特性的变化可能会导致横向受载桩过于保守的设计。

API X65钢深水顶端张紧立管动力响应数值仿真研究

顶端张紧立管广泛用于深水海洋平台之中,所处海洋环境非常复杂而容易产生疲劳损伤,因此动力响应研究非常重要。在ABAQUS中建立了张力腿平台顶端张紧立管模型,水深设为1 500m、海域为南中国海。采用海洋工程模块AQUA进行了波浪和海流加载,获得了沿立管轴向的不同位置节点的应力时间曲线。数值计算表明,由于海平面附近的立管受到波浪和海流的作用,最大应力出现在海平面下4m处,该位置为最危险点。