动力定位钻井平台井口作业指南的分析与计算

动力定位钻井平台已逐步被广泛应用于深水和超深水油气资源的勘探开发。由于面临复杂的海洋环境和作业环境,钻井平台可能会出现动力定位失效移位的紧急情况。文章在分析井口作业指南发展历史的基础上,基于国际上对井口作业指南的要求,研究钻井平台动力定位失效移位模式并对其进行分析,建立钻井平台井口作业指南红色界限值的计算方法,并自主开发相应计算软件;该软件可对钻井平台红色界限值、黄色界限值和警告界限值进行全面计算,完善井口作业指南,保证深水动力定位钻井平台的作业安全。     

基于动态耦合的FPSO串靠外输所需拖力快速预报

以极浅水作业水深的FPSO串靠外输作业为背景,研究穿梭油轮尾部定位拖轮所需拖力大小,提出了基于动态耦合效应的拖轮拖力直接计算方法。基于三维势流理论,考虑浮式生产储油平台(FPSO)与穿梭油轮之间相互水动力干扰,进行动态耦合计算,根据力学平衡原理求得所需的拖轮拖力并分析其影响因素。结果表明:动态耦合模型算出的所需拖力值较之准动态模型更安全、经济;当FPSO与穿梭油轮距离为80 m时,既能保证外输安全性又能保证经济性;增大两船间距、增加穿梭油轮吃水、两船间采用双缆系泊,均能有效降低所需的拖轮拖力。研究结果可为FPSO串靠外输作业操作提供指导,具有一定的工程实用性。     

平台场址硬壳层处理方法初探——以南海番禺某油田为例

在南海番禺某存在硬壳层的平台场址内,使用工作级ROV搭载多波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声纳等设备进行高精度工程物探调查,为钻孔作业提供可靠信息;使用动力定位船及其钻井设备装载大钻头直接钻松浅表砂层(硬壳层),使用ROV在水下为钻杆精确定位,最终消除硬壳层对钻井平台插桩造成的穿刺威胁。     

新型干树式半潜平台浮体结构设计研究

为适应中国南海深水区域的油气田开发,研发出了一种具有渐变式立柱的深吃水干树式半潜钻井/生产平台(TCDDSemi)。平台的浮体采用了深吃水、变截面长立柱构型,即向底部逐渐扩大的渐变截面形式。结合干树式深吃水半潜平台的研发过程,通过采用压缩空气压载系统、全注水下浮体、压缩空气水密检测以及水密面板的三级正交加强筋设计等新兴技术,极大地提高了钢材的利用效率,达到了节省材料、减轻浮体自重的目的。对浮体的有限元(FEM)整体分析结果表明,浮体结构设计满足各工况强度要求。     

复杂地质条件下钻井平台插桩就位可行性分析及应对——以南海西部乐东区块埋藏古河道为例

埋藏古河道是一种常见的灾害地质类型。本文通过对浅地层剖面的解释分析,获得埋藏古河道的剖面、平面以及空间展布特征,在钻孔取样、孔压静力触探(CPT)的基础上进行钻井平台插桩深度预测,综合多种分析结果,开展钻井平台就位可行性评价,为钻井平台的插桩就位提供指导。研究结果表明,当钻井平台桩腿分别位于埋藏古河道侧缘和河谷时,插桩深度差异较大,钻井平台就位风险极大。这种工程物探与工程地质相结合的调查手段既能宏观把握地下灾害地质现象,又能有效克服工程地质调查结果只针对单个位置点的局限性,有助于更加精准地做出判断,躲避风险,实现钻井平台的安全就位。     

可常年在北极海区作业的钻井平台

美国海洋钻探与开发公司和日本Kokan k.K.公司联合研制了一种可常年在阿拉斯加波弗特海区作业的半潜式平台—“北极机动钻井平台”。该平台是由一个16面圆锥形壳体组成的全钢重力结构,其底座直径为662英尺,主甲板面积为139000平方英尺,整个平台高511英尺。这个大型平台共用钢130000吨,所有外露部分均采用耐低温材料。为了适应在冰海区拖曳和作业,该平台具有以下特点: 由于是全钢结构,改进了吃水的局限性;     

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper, TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明：NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer, TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。     

台风海况下半潜式钻井平台动力性能监测与分析

半潜式钻井平台在海洋油气资源开发中发挥着重要作用,目前主要采用模型试验和数值模拟方法对其动力性能进行研究,非常缺乏台风等极端海况下半潜式平台动力响应的实海域监测数据。以某半潜式钻井平台为研究对象,构建了一套比较完善的平台动力性能监测系统,并对台风“杜苏芮”过境阶段的监测数据进行了分析。根据平台艏部气隙及运动监测数据推算了平台吃水及环境波高;采用随机波浪的统计分析方法,计算得到短期海况的有效波高、谱峰周期、能量谱等信息,通过与多种典型海浪谱对比发现Jonswap谱与所测波谱吻合较好;对平台的横摇、纵摇及垂荡运动进行了时域统计分析和频域谱分析,得到了台风海况下被测平台波频运动的实际响应特征,对于指导平台抗台作业具有重要意义。     

“胜利二号”钻井平台的总体设计与性能研究

”胜利二号”钻井平台是一座能步行的坐底式钻井平台,用于我国沿海海滩及极浅海区的石油钻探开发。 本平台的结构型式十分特殊,环状的外体包围在内体的四周。 本文叙述了在总体设计中对内、外体主尺度的决定以及总布置设计。本文还介绍了平台的各项主要性能。诸如漂浮、拖航、沉浮、坐底和步行的研究和计算结果。     

座底式钻井平台防淘空、滑移技术研讨会在龙口举行

由于渤海浅水区及黄河三角洲地区环境特殊,自然条件复杂多变,钻井平台在勘探施工过程中受到风、浪及海流的影响较大,加上海底为粉砂组成的松散的超软地基,常造成液化和冲刷淘空,致使钻井平台发生倾斜、下沉和移位,甚至无法进行钻井。为解决这一严峻问题,胜利油田浅海工程公司于1986年11月10日至14日在山东龙口举办座底式钻井平台防淘空、滑移技术研讨会。与会人员有胜利油田及有关大学的专家教授30余人。     

水声换能器动态吃水与传感器技术探讨

分析了水声换能器静态吃水和动态吃水的差异,以及由这种差异带来的测量精度误差。对压力式验潮仪测量潮汐变化的基本原理和工作模式进行了剖析,探讨了采用压力传感器进行测量水声换能器动态吃水的可能性,并提出了测量水声换能器动态吃水的新概念、新方法。     

测量船动态吃水测量方法研究

针对测量船特别是中大型测量船的动态吃水问题,提出了单船和双船载波相位差分GPS测定方法,给出了动态吃水计算公式。根据装备现状,对比分析了三种测量方法的适用范围,例举了典型参数值的动态吃水观测误差,旨在为测量作业人员提供借鉴和参考。     

浮式钻井平台钻具卡点深度计算分析

自升式平台的转盘面相对井眼是固定不变的,而浮式平台受风浪潮涌等影响,相对井筒上下浮动,尤其是在钻具卡钻时超拉或钻具下压相当于平台载荷瞬间改变,平台会上下起伏,这样在超拉计算卡点时测量钻柱伸长量和实际卡点深度相差甚远。为了消除因平台上下浮动的影响,根据物理学原理详细阐述了浮式平台卡点深度超拉计算方法。此方法能较准确的计算出浮式平台卡钻时钻柱卡点,在计算卡点深度上有很好的借鉴意义。     

使用姿态传感器时动吃水改正问题探讨

根据测深中心深度计算公式,提出了动吃水改正直接采用测深换能器动吃水所存在的问题,详细论证了姿态传感器与测深换能器偏心安装时,采用姿态传感器处的动吃水和静态吃水变化推算测深中心吃水的必要性,给出了动态吃水改正的具体建议.     

自升式钻井平台拔桩机理探析

海上自升式钻井平台完成预定工作后,将收起桩靴迁航到下一个目的地,桩靴的拔出是由支撑状态向漂浮状态过渡的重要过程,是自升式钻井平台正常作业不可缺少的重要组成部分。在这个过程中,拔桩阻力的预测对于桩靴上拔安全至关重要。笔者通过对平台拔桩阻力进行分析,并结合中油海平台近几年的拔桩作业经验,提出了施工中的注意事项,具有一定的指导意义。     

Resonant heave motion of semisubmersible vessels

This paper is concerned with nonlinear resonant heave motion of a semisubmersible vessel at the survival draft. Due to the small potential of the hulls at deep draft the resonant motion is governed almost entirely by nonlinear drag forces on the hull and bracing members.Long period ocean swell following a storm can excite semisubmersiblesat resonance in heave and delay the resumption of drilling activities.The paper presents a simple closed form solution for determining the heave motion at the natural period which agrees well with other theoretical and experimental results.     

一种新型干树式半潜平台设计

开发了一种新型的深吃水干树式半潜生产平台(TCDD-Semi),该平台可用于中国南海深水区域的油气田开发。它的一个显著特点是立柱的截面形状呈现为渐变形式,而非传统的等截面形式。立柱的底部最大,向上逐渐变小,再结合适当的下浮体设计,能够为平台在服役前期及在位状态时提供足够的浮力以及稳性。最重要的是这种新型立柱的设计能够明显地减小平台在恶劣海况时的垂向运动,从而使在平台上布置具有干式采油树的TTR立管系统成为可能。此外,这种渐变式的立柱设计也有利于减弱平台在流作用下的涡激诱导运动(VIM)。分析结果表明这种渐变式立柱半潜平台可以明显降低平台的垂向运动,也可以在码头组装时提供足够的浮力以及在平台下沉过程中提供足够的稳性。平台优越的垂向运动性能可以使顶部张紧式立管的行程范围限制在10.5 m之内(包括平台偏移、垂荡运动、潮汐影响、海床沉降、热膨胀等因素)。分析结果表明平台的垂荡范围、水平偏移、倾侧角度、上部模块重心处的加速度等可以满足设计要求,证明了这种新型干树式半潜平台的可行性。     

Uncertainty estimation of a CFD-methodology for the performance analysis of a collective and cyclic pitch propeller

Estimation and analysis of the uncertainty introduced by using a numerical model for the investigation and study of any type of flow problem have become common industry practice. Through understanding and evaluation of the uncertainty introduced by a numerical model, the accuracy and applicability of the model itself are evaluated. In this paper, the numerical uncertainty of a CFD-methodology developed to analyse the hydrodynamic performance of a collective and cyclic pitch propeller (CCPP) is estimated and analysed. The CCPP is a novel propulsion and manoeuvring concept for autonomous underwater vehicles, aimed to generate both propulsion and manoeuvring forces through advanced control of the propeller's blade pitch. The numerical uncertainty is established for three performance parameters, the generated propulsive force, the side-force magnitude, and the side-force orientation, by conducting a grid and time-step refinement study over three operational conditions. Additionally, the influence of the oscillatory uncertainty, introduced by the periodic nature of the problem, is investigated although shown to have a minimal effect when properly monitored. Based on a least-squares regression analysis of the refined simulation results, the numerical uncertainty is proven to be dominated by the introduced discretisation errors. In the case of the propulsive and side-force magnitude, the total uncertainty is dictated by the time discretisation uncertainty under bollard pull conditions, while the total uncertainty of the captive cases is mainly a result of the spatial discretisation uncertainty. The total uncertainty in the side-force orientation is observed to be primarily a consequence of the time discretisation uncertainty for all simulated cases. Overall, the total uncertainty for captive cases can be considered satisfactory for all three performance parameters, while further work is needed to reduce the observed uncertainty of the simulations under bollard pull conditions.     

深吃水半潜式平台参数共振研究

深吃水半潜式平台(deep draft semi-submersible,DDS)作为一种新型海洋结构物,既继承了传统半潜式平台的优点,又改善了传统半潜式平台垂荡运动性能差的不足。但随着吃水的增加,DDS纵摇运动参数共振也成为一个不容忽视的问题。当DDS纵摇运动固有周期和垂荡运动周期满足一定关系时,纵摇运动将发生参数共振,纵摇角度将会显著增大。研究推导了DDS纵摇运动方程,并简化为标准的马修方程,运用希尔无穷行列式法求解马修方程,得到了含阻尼的马修稳定性图谱,并结合具体算例讨论了不同参数对DDS纵摇运动参数共振问题的影响。研究表明:深吃水半潜式平台的参数共振,是设计人员在设计之初必须考虑的问题;通过合理选取平台的系统参数,可以有效避免纵摇运动参数共振现象的发生。