新型深水钻井隔水管悬挂系统设计

南海海域台风频发,对于深水浮式钻井平台,常规避台模式要求回收所有隔水管,但是在深水、超深水海域,这种应对台风的方案有其局限性。据测算,水深超过1 500 m时,台风准备时间(回收所有隔水管、处理井口的作业时间)超过4天,而目前天气预报的水平只能提前4～5天,因此常规避台难度极大,经常会遭遇到还没有起完隔水管,台风已经逼近平台位置的情况,悬挂隔水管成为一种不得不面对的防台避台方案。硬悬挂和软悬挂是目前悬挂隔水管两种常见的模式,由于软悬挂能够补偿和缓解钻井船升沉施加在悬挂隔水管上的动态载荷,因此业内普遍认为软悬挂模式在提高悬挂隔水管对海洋环境的适应能力方面具有一定的优势,但是常规的软悬挂模式作业程序复杂,而且实施过程中存在伸缩节、张力器液缸等相关设备冲程超标的风险。通过对隔水管悬挂状态下横向和轴向的动力响应进行分析,确定了限制隔水管悬挂安全的主要因素,针对隔水管应力超标和转角过大、干涉等风险,设计了一种具有加装扶正器的锥形悬挂短节;针对悬挂隔水管的轴向压缩风险,研制了一种具有补偿功能的隔水管悬挂装置,降低了悬挂隔水管动态载荷产生轴向压缩和动态应力超标的风险。定量评估表明使用新型隔水管悬挂系统,可以将常规的悬挂窗口由不足10年一遇波流环境条件提高到满足100年一遇的波流环境条件,大大提高了悬挂隔水管的安全性。     

硬悬挂钻井隔水管涡激振动特性研究

针对深水钻井过程中遭遇强台风,基于安全性考虑要求钻井平台悬挂隔水管提前撤离的问题,采用软件SHEAR7针对HYSY981钻井平台硬悬挂隔水管系统避台风撤离作业过程中,受南海一年一遇海流作用时诱发涡激振动(VIV)的情况,研究航速与悬挂长度对VIV特性的影响。研究表明,浮力块覆盖率越高,隔水管系统张力越小;浮力块分布对隔水管系统VIV响应影响较大,25%交错布置方案VIV响应最弱。隔水管并非越短越好,要综合考虑洋流剖面、隔水管配置和平台航行的影响;在不同悬挂长度及航行条件下的VIV响应,在撤离作业前应尽量避免在高流速区布置浮力单根,撤离作业时应尽量采用顺流而避免平台逆流航向。     

平台运动下深水钻井隔水管非线性动力响应研究

建立深水钻井隔水管在波、流和平台运动的联合作用下的运动方程,模拟1 000 m深水钻井隔水管的非线性动力响应.分析在波、流作用下钻井液密度和顶部张力比等因素对隔水管振动频率的影响,研究平台的静偏移和动态运动对隔水管最大弯矩分布的影响.结果表明,平台运动对深水钻井隔水管的动力响应有较大影响,使隔水管上部最大弯矩峰值增加了1倍多.     

软悬挂状态下隔水管动力特性分析

建立了软悬挂状态下隔水管动力分析模型,采用有限单元法对模型进行离散,结合Newmark-β法对动态方程求解,并对模型进行验证,最后选取南海某口深水井实际参数,对软悬挂状态下隔水管动力特性进行分析。研究结果表明:软悬挂状态下隔水管底端横向位移最大,顶部铰接处弯矩最大。软悬挂状态下,隔水管横向位移与弯矩随着海底隔水管总成(LMRP)重量增加而减小,随着平台运动速度、平台航向与海流方向夹角增大而增大;回收隔水管减小悬挂长度有利于减小最大横向位移,但会造成弯矩轻微增加;采用旋转刚度适当较大的挠性接头则有利于减小隔水管挠性接头以下整体位移与弯矩。研究成果为钻井平台避台撤离时隔水管的安全提供理论指导。     

超深水钻井作业隔水管顶张力确定方法

对于深水和超深水钻井作业,确定钻井隔水管系统顶张力是钻前设计非常重要的工作。研究三种隔水管系统顶张力确定方法,分别是理论方法、基于隔水管系统底部残余张力方法和基于下放隔水管系统的最大钩载方法。算例计算与超深水钻井实践对比表明,在相同的隔水管系统配置下,三种方法计算结果都接近于实际钻井作业时的顶张力设定值。但研究认为,基于下放最大钩载的顶张力计算方法简单实用,推荐作为优选方法。     

深水钻井隔水管紧急脱离后的反冲响应

深水钻井中,在恶劣海况或浮式平台定位失效等情况下,需紧急断开隔水管与水下防喷器的连接。隔水管突然脱离后会加速向上反冲,如果反冲作用控制不当,可能威胁钻井平台、隔水管体和水下井口的安全。介绍了国外隔水管紧急脱离与反冲响应的研究情况,分析了隔水管紧急脱离的原因与程序、脱离后的反冲过程、反冲控制方式和成功脱离标准、反冲响应的分析方法。建议:由于南海深水海况复杂,作业者需制定紧急脱离的预案和作业规程,并进行紧急脱离操作培训;由于隔水管紧急脱离后的反冲响应涉及多个非线性瞬态过程,研究者应该开展隔水管紧急脱离测试和反冲响应模拟计算,开发隔水管反冲响应分析软件。     

深水半潜式钻井平台动力定位最优作业方向研究

从动力定位的角度,以深水半潜式钻井平台为研究对象,对其在不同方向环境载荷作用下的动力定位进行时域模拟,得到作业工况各角度下平台水平方向位移以及功率消耗的时历。通过最优精度方向角和最优功率方向角的求解,最终得到平台的最优作业方向,满足海洋平台正常作业高精度、低能耗的要求,为平台的工程作业实践提供参考,并为模型实验提出新的研究方向。     

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。     

An installation system of deepwater risers by an S-lay vessel

Along with the consumption increase of the petroleum products,more countries have transferred their attentions to the offshore fields,especially the deepwater oil and gas reserves.For deepwater exploitation,the risers must be installed to act as the conduits connecting surface platforms to subsea facilities.In this paper,the typical risers sorted by different classes are introduced,and the correspondent installation methods are presented.By investigating the recent projects performed in the deepwater hot spots,and combining the challenges of HYSY201 for riser installation,a lifting device developed for assisting riser installation is proposed and detailed to satisfy the installation of deepwater risers in the LW3-1 Gas Field of in the South China Sea.Tests on both the functions and performances of such a new system exhibit the satisfaction of meeting all challenging requirements of HYSY201 for application to riser installation in waters up to a depth of in the South China Sea.     

深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析

通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩擦的最大扶正器布置间距;分析相同扶正器布置间距下,不同顶张力系数对耦合动力响应的影响。结果表明:在波浪作用下,全耦合动力响应分析比等效管更能展现各层管的实际动力响应;扶正器布置间距与顶张力系数的取值不同,会影响各层立管的耦合响应与相对位移,取值不当时,立管会发生碰撞。     

西非深水钻井实践与认识

JDZ B-1井是中石化作为作业者完成的第一口海洋深水探井,该井位于西非几内亚湾尼日利亚—圣多美和普林西比联合开发区内,作业水深1 655 m。井区地质情况较为复杂,地层破裂压力低,钻井作业压力窗口窄,井眼稳定性差。特别是该井目的层距海底泥线浅（只有778 m）以及目的层段长等,给钻井工程设计带来了诸多挑战。针对钻井施工中面临的挑战与深水钻井的特点,从井身结构设计到施工中均采取了合适的钻井技术和措施,有效地解决了问题,取全取准了各项资料,高效、优质地完成了该井的施工任务。该井的成功完钻,为中石化海洋深水钻井积累了经验,可供该区域及国内海洋深水钻井借鉴。     

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。     

海洋钻井平台购置项目经济风险评估

以某海洋钻井公司购置自升式深水钻井平台为例，建立了海洋平台购置项目经济风险评估的综合概率模型。考虑未来的平台购置价格、作业租金、年营运天数、年维修费、日耗油量、还贷资金利率等多种因素的影响，对项目投资的经济评价指标进行了风险计算。通过主要参数的灵敏度分析，使得决策指标更趋于客观实际。