深水钻井隔水管耦合系统分析(英文)

对于深水系泊钻井系统而言,移动式海洋钻井装置与细长结构(系缆、钻井隔水管)之间的耦合效应在预测浮体运动及钻井隔水管响应时起决定性作用.文中建立了深水系泊钻井系统的全耦合有限元模型,考虑波频与低频环境载荷,对系统进行了非线性时域分析.分析表明,由低频浮体运动激励的低频隔水管动态响应可对深水钻井隔水管设计产生重要影响.常规方法将低频浮体运动作为准静态效应考虑,对于连接在锚泊钻井装置上的深水钻井隔水管而言是不精确的.     

超深水钻井隔水管动力分析理论研究与数值模拟

随着钻井作业向深水(500～1 500m)和超深水(1 500m以上)发展,在交变海洋环境载荷波浪力、海流力和浮式钻井平台运动的共同作用下,隔水管的动态响应更加显著.文中探讨了隔水管侧向振动的数学模型、动态特性分析中的结构与环境载荷建模技术及其非线性动力分析方法,研究并对比了不同分析方法在计算效率、计算精度和工程适用性等方面的差异.介绍了时域内应用ABAQUS软件进行超深水钻井隔水管非确定性动力分析的算法与详细流程,算例比较了不同边界条件对深水钻井隔水管动态特性的影响.研究表明,时域非确定性分析最为精确但需要时间最长,且只能采用线性AIRY波浪理论;理论上,海流主要引起隔水管动态响应的时不变部分,但该时不变部分不等同于海流引起的隔水管静态响应,一种简化方法只将海浪与钻井船运动作为动载荷而不考虑海流对动态响应的贡献;钻井船运动和波浪载荷是隔水管动态响应分析主要的动载荷,对于超深水隔水管来说,钻井船运动是首要的动载荷,其慢漂运动对隔水管性能有重要影响,而波浪仅对隔水管局部产生作用.     

平台运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响

文章建立了波浪、海流和船体运动等载荷综合作用下的深水钻井隔水管非线性时域动力响应模型,模型考虑了顶部张力和隔水管内部泥浆对隔水管动力响应的影响,计人了张力沿隔水管长度的变化,并采用有限差分法求解了四阶偏微分运动方程.计算了随机波浪和规则波浪下船体运动对深水钻井隔水管非线性动力响应的影响,研究分析了船体平均偏移以及波频响应和低频响应的周期和幅值对深水钻井隔水管动力响应的影响.结果表明,船体运动对深水钻井隔水管动力响应有较大的影响,在随机波浪和海流作用下,考虑船体运动时,隔水管上部最大弯矩增大了59%.船体的平均偏移主要影响底部最大弯矩.船体波频运动对上部最大弯矩有较大影响,随着波频响应的周期和幅值的变化,上部最大弯矩变化较快,而低频响应的则主要影响隔水管上部弯矩.     

大直径隔水管携岩工艺及计算

在海洋钻井过程中,泥浆从套管环空返至截面积显著增加的隔水管环空时,泥浆上返速度明显降低,岩屑举升效率下降甚至于不能满足正常携岩的要求.通过对国内外深水钻井泥浆举升技术的调研与分析,以及对直井及深水隔水管携岩理论进行的深入研究,提出了隔水管携岩工艺,即在保持原有泥浆循环系统基本不变的情况下,由增压管线向隔水管环空内注入泥浆,增大隔水管环空段的泥浆总排量,从而提高泥浆上返速度来实现隔水管环空携岩;给出了计算泥浆泵与增压管线的水力参数计算方法.上述的研究结果对深水钻探具有重要实用价值.     

深水钻井隔水管磨损评估及保护措施分析

结合两起深水钻井隔水管磨损事故后果分析,对钻杆转动造成的隔水管磨损机理进行了探讨和定量评估.分析了底部挠性接头角度、深水海流对隔水管磨损的重要影响,探讨了相应的改进措施,并介绍了两种磨损减缓装备可供选用.     

深水隔水管分析技术

为提高深水钻采的作业效率和安全性,对深水钻井隔水管进行受力分析,进而确定作业窗口期以及立管系统的配置情况。在此基础上,建立一套深水隔水管实时监测技术服务系统,可对隔水管的疲劳损伤情况进行实时监测。研究表明：该系统可有效提高作业效率和安全性。研究成果可为海洋钻采作业提供一定参考。     

基于风险增强的钻井隔水管VIV疲劳评估

涡激振动(VIV)是深水钻井隔水管疲劳损伤的主要来源.合理评估VIV疲劳是进行隔水管疲劳设计的关键问题.应用基于风险增强的疲劳准则进行隔水管VIV疲劳评估.应用设计参数的最佳估计值对隔水管进行标准VIV疲劳分析,以确定隔水管的基本疲劳损伤.识别控制疲劳损伤不确定度的随机变量,并对这些变量进行标准疲劳灵敏度研究,以评价疲劳损伤不确定度.基于风险增强准则确定VIV疲劳安全因子的大小,同时考虑VIV分析模型的内在偏差,以建立对VIV疲劳的接受准则.以南海某深水区钻井隔水管设计为例进行分析.隔水管在设计寿命内的最大疲劳损伤为0.3570,在高、中、低三种安全等级下的许可疲劳损伤分别为0.1274.0.2410与0.5263,该隔水管设计仅满足低等级安全标准.     

深水半潜式井平台隔水管存储形式及作业功效研究

隔水管是深水半潜式钻井平台重要配置,为建造国内有自主知识产权第六代半潜式钻井平台地需要,对隔水管在平台两种存储形式即立放和平放形式进行研究,从所需设备配置、占用甲板面积、重心、总体布局和作业效率等多个方面对比分析立放和平放两种存储形式的优缺点.隔水管存放方式选择主要取决于公司设计理念和设计习惯及平台运营商的价值取向,文章所涉及的研究对国内半潜式钻井平台设计和隔水管作业有一定参考作用.     

深水半潜式钻井平台钻井设备配置方案的探讨

钻井设备配置是深水半潜式钻井平台的关键技术。本文着重就井架作业系统、BOP与采油树处理设备、隔水管移运设备、隔水管张紧系统、钻柱运动补偿装置等设备对半潜式钻井平台主尺度、总体性能和布置方案的影响作了探讨。     

超深水半潜式钻井平台钻井系统选型配置研究

文章针对超深水半潜式钻井平台钻井系统总体布局及作业工艺,在确定主要技术参数的基础上,对物料处理系统、游吊系统、旋转系统、钻柱升沉补偿装置、隔水管张紧系统、井架及钻台等核心部件的关键参数进行分析计算,提出了适用于超深水半潜式钻井平台的钻井系统配置方案,同时可为超深水海洋钻机设计提供参考。     

超深水钻井立管总体性能分析

本文基于API相关规范,系统梳理了钻井立管总体性能分析的主要内容,形成了超深水钻井立管分析的总体流程,并分析了超深水钻井立管中张紧器及伸缩节等关键位置的模拟方法。在此基础上选择作业水深12000尺超深水钻井立管,在DeepC软件中建立了包括作业平台、张紧器、伸缩节及柔性节点等在内的系统模型,选择合适的海况进行立管总体性能分析,给出了钻井立管总体性能参数的分析方法和结果,为超深水钻井立管的设计和分析提供参照。     

深水管中管钢悬链线立管的非线性动力分析

立管技术是深水资源开发的关键技术之一。管中管钢悬链线立管具有同心的外管与内管，其外管提供机械保护，内管提供油气通道，内、外管之间按照一定的距离安装扶正器以保护绝热材料，在深水油气开发中具有较大的应用价值。充分考虑在位立管承受的复杂载荷条件泡括动边界、波浪与海流载荷、立管自重、海水浮力、管内外静压力），以及整体和局部非线性因素（包括摩擦、滑移、接触、间隙等），采用时域有限元软件ABAQUS实现管中管钢悬链线立管的建模与非线性动力分析。     

考虑内流和海床作用的柔性立管和钢悬链线立管非线性分析(英文)

Flexible risers and steel catenary risers often provide unique riser solutions for today’s deepwater field development. Accurate analysis of these slender structures, in which there are high-speed HP/HT internal flows, is critical to ensure personnel and asset safety. In this study, a special global coordinate-based FEM rod model was adopted to identify and quantify the effects of internal flow and hydrostatic pressure on both flexible and deepwater steel catenary risers, with emphasis on the latter. By incorporating internal flow induced forces into the model, it was found that the internal flow contributes a new term to the effective tension expression. For flexible risers in shallow water, internal flow and hydrostatic pressure made virtually no change to effective tension by merely altering the riser wall tension. In deep water the internal pressure wielded a dominant role in governing the riser effective tension and furthering the static configuration, while the effect of inflow velocity was negligible. With respect to the riser seabed interaction, both the seabed support and friction effect were considered, with the former modeled by a nonlinear quadratic spring, allowing for a consistent derivation of the tangent stiffness matrix. The presented application examples show that the nonlinear quadratic spring is, when using the catenary solution as an initial static profile, an efficient way to model the quasi-Winkler-type elastic seabed foundation in this finite element scheme.     

Mathematical model of steel lazy-wave riser abandonment and recovery in deepwater

To meet the increasing applications of the deepwater steel lazy-wave riser (SLWR), the riser abandonment and recovery (A&R) is a great challenge for SLWR installation and its mechanical analysis is necessary and significant. This paper is focused on the abandonment and recovery process which is of great importance to the installation feasibility and analysis. A comprehensive mechanical model based on the nonlinear large deformation beam theory for simulating the deepwater SLWR is proposed. And a simple and suitable model for analyzing the A&R cable is developed. The presented model with detailed boundary conditions is able to deal with three different A&R methods. Numerical analysis is conducted by the finite difference method to investigate the riser configurations and somev important mechanical parameters of the pipeline and cable which exert influences on the riser's performance and the A&R cable's requirement. Parametric comparison study is conducted to analyze the advantage of different method. The proposed model can help on development of deepwater SLWR A&R design and analysis.     

深海钢悬链线立管（SCR）安装强度分析

在研究深水钢悬链立管（SCR）安装方法基础上,结合实际工程安装经验,提出了深水SCR在J-lay这种铺管方式下的安装方案,应用专业立管安装分析软件Orcaflex对各个安装过程进行实例分析,对安装过程中立管的安装强度进行校核。     

Fatigue damage analysis of the deepwater riser from VIV using pseudo-excitation method

The fatigue damage of a long deepwater riser undergoing in-line and cross-flow vortex-induced vibration (VIV) in deepwater is numerically studied using pseudo-excitation method (PEM) in present paper. For evaluating the fluid–structure interaction problem of vortex-induced vibration of deepwater riser at high Reynolds number, the strip theory is employed in this paper, and the discrete vortex method (DVM) is used to calculate the VIV of each strip to obtain the load spectrum as the pseudo-excitation, while the finite volume method (FVM) is employed to evaluate the structure dynamics of a deepwater riser. The VIV is considered as a stationary random process. The response of riser to vortex induced excitation is calculated using pseudo-excitation method. The DVM model and pseudo-excitation method are both validated by comparing their numerical results with experiments. The fatigue damage of one deepwater riser is evaluated based on the Palmgren–Miner Rule.     

深水SCR立管触地区域管土作用研究进展(英文)

钢悬链线立管作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用,总结了有关深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的研究进展,主要包括STRIDE和CAluSIMA工业合作计划的研究数据和其他的相关论文,能够为国内深水钢悬链线立管的研究提供参考.