深海水下采油树结构及强度计算

针对不同水深、油气温度等操作条件对水下采油树结构的影响,采用ABAQUS软件对深水水下采油树在正常生产工况下的整体结构强度进行计算,总结出不同水深以及不同油气温度对水下采油树结构强度影响的规律.计算结果表明:在高油气温度、深水条件下,采油树的综合应力受其水下导向基座及H4连接器等固定边界的影响很大.凶此,在设计水下采油树时需特别考虑水下导向基座及H4连接器等的设计,尽量减小固定边界的边界效应对采油树的影响范围,避免这些边界效应与采油树所受外力产生的应力叠加.同时,为减小热应力值,应注意采油树的保温设计.     

水下采油树设计影响参数分析

通过分析不同类型水下采油树的特点及其优缺点,提出水下采油树设计时所需的主要参数。采油树的类型应根据不同的油田开发模式进行选择,在此基础上再制定水下采油树的整体设计方案。综合考虑水深、油藏的特性、井口装置的型式和采油作业的方式等方面的因素,在保证水下采油树强度、稳定性的条件下,进行具体的结构设计、流动保障设计、热绝缘设计、防腐设计和密封设计。同时,为确保水下采油树的安全性和可靠性,需要特别考虑水下采油树的材料问题,并进行可靠性分析和风险分析。     

基于监测数据的深水水下井口循环弯矩计算方法

水下井口的疲劳完整性是海洋油气田长期安全开采的前提。工业界往往采用贴应变片直接测量水下井口应变来计算弯矩和疲劳损伤，但水下井口应变片粘贴困难且不能长时间连续工作。采用对水下井口监测方法，基于隔水管—防喷器组—水下井口的运动和力学特性，考虑防喷器组惯性力矩建立系统耦合动力学方程，最终形成基于监测数据的水下井口循环弯矩计算方法。以南海某深水水下井口为例，建立隔水管—防喷器组—水下井口系统有限元模型并进行动态分析，提取隔水管底部张力、转角、防喷器组加速度及转角等参数，代入所建立的系统耦合动力学模型，得到水下井口弯矩与有限元计算结果吻合良好。研究表明只需通过在线监测获得所需的输入数据，无需监测水下井口应变即可获取水下井口循环弯矩。建立的系统耦合动力学模型可为水下井口疲劳完整性评估提供理论依据。     

基于ABAQUS的深水连接器连接性能分析

为解决现有深水连接器连接性能研究中力学分析建模不准确,且缺乏抗弯抗扭能力分析的问题,基于ABAQUS有限元分析软件对深水连接器进行三维模型动态仿真分析,对连接器的受力、密封性能以及在实际工程需求中不同内压下的抗弯及抗扭性能进行深入研究。结果表明:在安装及生产两种工况下,深水连接器各部件除密封环外受力均满足其强度设计要求,密封环接触表面发生合理塑性变形,满足密封要求;随着内压的增加,深水连接器的抗弯能力逐渐下降,抗扭能力则呈现增加的趋势;极限弯矩分别在0 MPa与35 MPa内压下的判定依据为密封失效,在14 MPa与52 MPa内压下的判定依据为下毂座屈服,而极限扭矩在不同内压下的判定依据均为密封失效。     

水下连接器故障分析及预防

介绍了海洋石油钻井设备水下连接器,以H-4型水下连接器在现场使用中出现的故障现象为例,通过对H-4型水下连接器的结构原理的分析,分析在现场使用连接器发生脱不开故障的原因,并根据原因介绍了其预防的措施;旨在为海洋浮式钻井平台现场使用水下连接器作业提供借鉴和指导作用.     

较深水导管架对接水下井口基盘的关键技术研究及工程应用

根据较深水油田开发方案的需要,油田采用井口基盘进行预钻井,然后安装导管架对接井口基盘,该方法可以有效缩短海上油田的开采投产期,加快投资回报速度,又降低了海上安装工程费用,节省油田总体开发成本。但深水导管架与水下井口基盘的对接安装精度要求高、难度大、风险高,如何安全、高效地开展导管架与水下井口基盘的对接技术,是深水区块所面临的重要课题之一。结合文昌19-1项目WHPC导管架的海上安装方案并通过理论分析,介绍了较深水导管架与水下井口基盘对接的关键技术。WHPC导管架海上对接安装的工程实践成功验证了导管架与水下井口基盘对接安装方案的可靠性,对后续类似深水项目具有一定的参考借鉴意义。     

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题,对接一般通过深海连接器完成。弹性夹头是水下连接器的重要组成部分,其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明,锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过430 MPa,小于所选取的材料屈服强度480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连接所需推力的最显著因素。对夹头的结构进行优化设计,同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。最后,通过试验研究对样机进行测试,测试结果表明,夹紧动作所需的最大推力在700 N以下。     

水下井口回接工艺在边际油田开发中的应用及改进

水下井口回接是海洋石油钻井工程中的一项特殊工艺。为降低开发成本,提高边际油田的开发效益,利用临时弃井的井进行水下井口的回接,并在此基础上建造小型生产平台是开发边际油田一项不错的选择。于1988年钻探的BZ34-3-2D井,试油显示较好,采用了保留水下井口的临时弃井。介绍了井口回接工艺以及该工艺在BZ34-3油田的应用中遇到的困难,对常规井口回接工艺进行了改进与创新,利用水下摄像技术观察水下井口情况,最终回接成功,对今后水下井口回接作业有一定的指导作用。     

张力腿平台水下丛式井口圆形布局方法研究

张力腿平台(TLP)水下丛式井口布局设计关系到立管服役期间的安全性,是含有丛式井口平台设计过程中考虑的主要因素。根据TLP立管安装、钻井以及防碰等要求,考虑尾流效应对丛式立管的影响,研究水下丛式井口布局设计准则,对丛式井口—立管系统进行碰撞分析以确定水下井口间距阈值,提出水下丛式井口圆形布局方法和相应的布局设计流程。通过算例对计算方法进行了具体运用。研究表明:与目前采用的"等边三角形网格"方法相比,水下丛式井口圆形布局方法可允许水下整体基盘安装位置误差达到水下井口间距阈值的20%,立管的最大倾角可达到0.5°,安装作业窗口增加1倍以上。本方法对水下整体基盘安装位置误差的容错能力强,能有效扩大丛式立管钻井和安装作业窗口,提高丛式立管作业安全性,研究结果可为TLP丛式井口的设计提供参考。     

水下井口探测技术研究

在海上油田开发过程中,往往存在一些当时不具备开发条件的水下井口。这些井口一方面现阶段具有重新开发价值,另一方面也是海洋工程建设的障碍物。而水下井口尺度小,常用的调查手段较难探测到。文中介绍了浅地层剖面仪和磁力仪的原理,并开展了浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口的应用与分析。结果表明浅地层剖面仪和磁力仪均可探测到井口,在浅地层剖面图像上表现为垂向的声学空白带,为桩坑和井口的反射;磁异常平面等值线为等轴状,存在极大值和极小值,井口位于极大值和极小值之间。浅地层剖面仪和磁力仪探测的井口位置相差1 m,与给定井口坐标偏差2 m,满足工程需求。因此使用浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口在现阶段不失为一种可行的方法。     

单桩基础灌浆连接段受力机理分析

海上风机中，上部支撑结构和基础之间的连接是通过灌浆连接段实现的。近年来，风力发电发展迅速，风力发电机的功率越来越大，对单桩基础灌浆连接段的受力性能提出了更高的要求。在复杂荷载作用下，灌浆连接段受到轴力和弯矩的共同作用，有必要对压-弯共同作用下的灌浆连接段进行受力性能的研究。采用数值分析方法，分析了压-弯作用下不同轴压比时灌浆连接段的极限承载力、钢管与灌浆料之间的接触压力情况和灌浆连接段的应力情况。同时，根据学者Lotsberg提出的弯曲承载力组成理论，通过提取钢管与灌浆料之间的接触力，并对它们进行数值积分，分析了不同轴压比下灌浆连接段抗弯承载力组分的变化规律。通过分析，明晰了带剪力键的灌浆连接段的受力性能，为设计工作提供依据。     

新型多功能干树储油半潜平台研发

针对凝析油气田开发了一型适应我国南海环境条件的深水多功能干树半潜平台,平台运动性能优良,可实现干树开采、回接水下井口、油气生产处理、凝析油存储、钻修井等功能。平台由上部组块、主船体、细长柔性连接结构、垂荡板、顶张紧式立管(TTR立管)系统、系泊系统构成,结构特点为采用细长柔性连接结构连接主船体与箱型垂荡板。垂荡板采用箱型结构,承受作业吃水压力,可实现平台与箱型垂荡板的整体拖航,平台安装简易,细长柔性连接结构可在位维修或更换。平台立柱内设置储油舱存储天然气凝析油,解决凝析油存储外输问题。平台采用成熟系统系统集成,运动性能优良,海上施工风险可控,未来有望成为一种新的深水油气田开发平台型式。     

Design and Strength Analysis of A Spherical Connector for Lifting Subsystem in Deep Sea Mining System

1 .IntroductionThe lifting systemis composed of pipes andtheir connectors .It is not onlythe lifting channel formanganese nodule betweenthe miningship andintermediate bin,but alsothe supporting massfor deepsea miningequipment and cables .Sothe reliability…     

深海采矿立管在波流载荷下的弯矩响应分析

采矿立管是深海采矿系统的重要组成部分，立管的弯矩分析是确保立管正常使用的重要指标。立管所处海洋环境复杂，且立管底部的自由边界条件使得立管弯矩特性难以分析。本文基于波浪理论，使用Abaqus 有限元软件建立海洋采矿立管的模型，运用Abaqus中的AQUA海洋工程模块，考虑立管在轴向力、自重、浮力、波浪载荷、海流载荷及模拟海上平台水平和升沉运动共同作用下，对采矿立管进行弯矩分析，计算了提升泵不同安装位置、不同中继仓重量变化对弯矩的影响，结果表明：提升泵会增大安装位置的弯矩幅度，且安装在不同位置对立管弯矩会产生叠加影响；中继仓重量的增加提高了立管整体稳定性，但会使提升泵处弯矩波动产生向中部延伸的不利影响。     

海上不利工况下的导管架灌浆连接段黏结力试验研究

为解决海上风机导管架支腿和钢管桩灌浆段在海上恶劣施工与工作环境下发生偏心连接和偏心受力等不利工况时灌浆连接段的力学特性问题,文章制作海上风机导管架灌浆连接段足尺模型,对其黏结承载力进行原型抗拔试验,同时进行应变测试,以研究偏心灌浆等不利工况对灌浆连接段黏结承载力的影响。研究结果表明:导管架灌浆连接的轴向和偏心黏结承载力均满足设计要求;在轴向拉拔时,由于灌浆料受拉拔时其厚度越大则剪切变形越大,灌浆连接段各测点的位移由大到小依次为灌浆较厚侧、平均位移、灌浆较薄侧,但其应力差异不大;在偏心拉拔时,总上拔力虽减小,但偏心受力会导致结构弯矩和内力增加,表明在设计时应充分考虑偏心荷载对灌浆料的不利作用。     

大直径钢管桩水平静载试验内力变形测试及分析

为解决在钢管桩水平静载试验中更加高效、安全和准确进行桩身内力变形测试和分析的问题,文章针对打入钢管桩中的应变传感器和测斜管分别提出实用且可靠的安装、保护和测试方法;将该方法应用于西非某码头工程,在大直径钢管桩水平静载试验中进行应力和变形测试。研究结果表明,该安装和保护方法实用且可靠,可保证水平试验过程中钢管桩的内力变形情况得到如实测试和记录,对研究分析大直径钢管桩受水平荷载时桩身弯矩和水平位移的变化情况意义重大,可为类似项目的设计和施工提供参考。     

海上风电单桩基础-土相互作用特性影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计"上厚下薄"的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。     

基于有限元分析的卷管法管道安装实时研究

采用卷管法铺设管道时,管道和铺设设备之间的接触作用十分复杂,并且管道在弯曲过程中将会产生塑性变形并可能发生局部屈曲,导致管道失效。基于有限元模型(FEM)实时模拟卷管法安装的整个过程,研究管道与铺设设备之间的接触作用;分析管道对于环境载荷和船体运动的动态响应;获得管道的应力应变值以校核局部屈曲。研究结果表明,管道弯矩大部分来源于管道与安装设备间的接触作用,而环境载荷及船体运动对管道的弯曲应力影响较小。