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。     

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.     

基于钻井液上返流动作用下的隔水管动力学行为研究

本文对钻井隔水管在海洋环境载荷和钻井液上返流动耦合作用下的动力学行为特征进行了研究。通过能量法结合Hamilton原理建立了隔水管动力学模型，并引入弯曲梁单元的Hermite三次插值函数作为形函数对动力学模型进行离散，以此建立耦合作用下隔水管系统的有限元模型。在此基础上，在时域内通过Newmark积分法对隔水管系统的动力学响应进行数值求解，在频域内对隔水管系统的动力学特性进行模态分析，并进一步探讨钻井液参数对隔水管系统动力学行为的影响。通过数值模拟结果的对比发现：钻井液上返流速越大，隔水管的横向偏移越大，但其对隔水管的弯曲应力和固有频率影响不大；钻井液密度越大，隔水管的固有频率会增大，但其横向偏移会受到抑制。     

挪威北海半潜式钻井平台总体布置研究

以烟台中集海洋工程研究院有限公司自主研发设计并建造交付的挪威北海深水钻井平台为背景,对挪威北海海域作业的半潜式钻井平台的总布置特点进行简单介绍,并对可变载荷、井架作业系统、隔水管存放形式、定位系统等关键技术做综合说明。     

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.     

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.     

正常连接与悬挂撤离工况下深水钻井隔水管动力特性与安全分析

为了研究正常连接与悬挂撤离时隔水管动力特性与安全,本文建立了统一的隔水管动力分析模型,通过设置边界条件来考虑正常连接与悬挂撤离工况。同时采用有限单元法结合Newmarkβ动力分析方法对模型进行求解,并开展实验对模型进行验证。选取南中国海一深水井,对正常连接与悬挂撤离工况下隔水管动力特性进行分析,并对不同海况、工况下隔水管的应力及接头转角安全进行校核和讨论。研究表明：隔水管位移与应力随着海流流速的增加而增加;正常连接工况隔水管最大应力出现在水面位置,平台不发生漂移时,隔水管能够承受十年一遇及以下的载荷;隔水管变形和应力随着平台漂移的增大而增大,漂移方向与流速方向直线夹角越大越利于保护隔水管;软悬挂隔水管在水面附近出现极大应力,硬悬挂隔水管在连接处出现极大应力;相比于硬悬挂,软悬挂模式下隔水管弯矩与应力都更小,但是由于顶端转角限制,其所能承受海流作用能力并不能显著优于硬悬挂。     

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.     

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双井架钻机关键作业工艺分析

结合双井架钻机作业特点以及超深水半潜式钻井平台钻机配置要求,进行超深水半潜式钻井平台双井架钻机布置方案设计。在此基础上,对双井架钻机关键作业工艺进行分析,形成一种适合超深水半潜式钻井平台双井架钻机的钻杆、套管以及隔水管处理工艺和钻井作业工艺。分析结果可用于指导钻机系统设备配置选型,确定双井架钻机作业过程的载荷,指导双井架的设计,指导现场作业施工。     

深水钻井立管建模与角度安全控制

从水面钻井平台与水下立管联合作业的安全角度出发,提出一种将钻井立管的力学响应限制特性引入水面平台动力定位闭环控制中的位置保持方法,实现水面钻井平台（或船舶）基于立管角度响应的动态定位。利用有限元方法建立包括立管系统质量、系统刚度、结构阻尼和水动力载荷在内的立管运动控制模型。联合水面浮体和水下立管的低频运动特性建立水面浮体运动偏移与水下立管顶端角度及末端角度的相对运动关系模型。在此基础上,设计基于立管运行响应的动力定位控位方法,实现对立管顶端角度及末端角度的安全控制。仿真结果表明,所提出的方法可行,在外界突变的环境载荷瞬时作用于水面浮体时,能更快地跟踪新的期望最优位置,保证钻井立管运行在安全界限内。     

浮式钻井装置隔水管张紧系统研究

针对浮式钻井装置的隔水管张紧问题,提出了几种解决方案,并对方案的补偿原理做了分析研究,同时也对DAT隔水管张紧系统设计作了阐述。     

深水钻井隔水管静态性能参数敏感性分析

采用ABAQUS软件，建立深水钻井隔水管的有限元模型，对隔水管的力学性能进行了研究。在此基础上，对隔水管参数敏感性进行了分析，研究深水钻井隔水管力学性能在不同工况下的变化规律，得到一些有用的结论可供工程应用参考。     

海上新型组合隔水导管抗冰极限承载力分析

为了提高海上钻井隔水导管抗冰承载能力,提出一种组合式钻井隔水导管,基于弹塑性力学基本理论,利用有限元分析软件ANSYS建立组合结构极限承载力计算模型,对不同组合方式的隔水导管结构抗冰极限承载力进行对比分析.结果表明,组合隔水导管结构相比单层隔水导管结构抗冰极限承载力提高幅度可达40％以上.     

螺旋列板绕流流场CFD分析

隔水管是海洋钻井作业的关键设备,其安全性至关重要.涡激振动是隔水管失效的重要因素.水深小于500m时,优化隔水管系统可以避免使用涡激抑制装置,超过1000m,必须采用涡激抑制装置.螺旋列板是现场常用的涡激抑制装置.基于流体动力学方法,利用FLUENT软件求解螺旋列板三维绕流流场的控制方程,同时计算了钝体隔水管三维绕流流场,流场参数(升力系数、曳力系数、涡量等)特征进行对比分析,显示出螺旋列板在涡激抑制方面的优势.计算结果表明,虽然螺旋列板能够减小横向升力,但同时会导致流向曳力明显增加.