张力腿平台立管张紧力优化

研究了张力腿平台槽口间距对尾流效应影响范围的影响,提出了优化方案及具体优化方法,建立了张紧力优化流程,对比优化前后立管间距变化,证明优化方案可行性。研究表明,在张紧力优化算法适用范围内,立管轴线方向变形相等优化方案计算立管变形增量较为简单,优化效果较好,立管间距明显增加,可有效防止立管碰撞。提出的张紧力优化方案和方法,防止立管因碰撞而破坏,平台承受较小变载荷,保证张力腿平台及立管作业安全,为工程实际张力腿平台立管张紧力优化提供依据。     

波流作用下的张力腿平台顶张紧式立管干涉分析

顶张紧式立管(TTR)是张力腿平台(TLP)的关键部分之一。TTR之间干涉的风险随着水深的增加而增加,因而立管之间的干涉评估也就变得越来越重要。如果因干涉引起的碰撞力或参与碰撞的能量足够大,则有可能会在立管的某区域产生损伤,降低立管的使用寿命,甚至危及平台的安全。针对某油田开发方案设计工作,对井槽间距的设置以及立管干涉分析进行研究,并对影响立管干涉性能的主要因素开展敏感性分析,为立管的研究及设计提供参考。     

深水顶张紧式立管壁厚与材料选择研究

本文通过对深水立管规范API RP 2RD的研究,对适用于深水浮式平台的顶张紧式立管(TTR)系统进行壁厚及材料的选择研究。本文以张力腿平台(TLP)作为主平台,以静力计算为基础,对1500 m水深内顶张紧式立管系统的基本强度进行校核研究。通过对顶张紧式立管的在位状态进行数值模拟分析,计算得出适用不同材料的管道壁厚。在壁厚选择的基础上,通过对不同材料的壁厚引起的张力变化等因素进行初步的材料选择。     

极端内波流作用下顶张紧立管干涉响应影响研究

张力腿平台相邻顶张紧立管间的干涉响应是决定水下井口布置和上部浮体结构设计的关键因素。中国南海典型海域极端内波流具有流速大、次数多、周期短和难于预测等特点,是相邻顶张紧立管干涉响应的主要因素。为了评估极端内波流影响,采用三维非线性梁单元结合Huse’s涡流振子模型和"管中管"模型对顶张紧立管间干涉响应进行有限元分析。结果表明:极端内波流、顶部张紧力、涡激振动和浮体偏移距离等因素对顶张紧立管间干涉响应有显著影响。     

油管泥线悬挂器在张力腿平台干式井口的应用

降低张力腿平台立管顶部张力大小有利于减小平台载荷,缩小平台尺寸。对TTR系统进行了整体张力分析和局部受力分析,推导得出:生产管柱重力不影响立管顶部张力的大小,采用油管泥线悬挂器无法有效降低平台载荷;是否采用油管泥线悬挂器取决于立管局部受力分析结果;建议采用立管环空注氮的方式降低立管顶部张力。算例分析结果表明:环空注氮后立管顶部张力仅为8 kN,比注氮前降低约280 kN;立管轴向受压区不存在受压失效风险,受拉区张力较小,若生产管柱湿重继续增大,则立管受拉区有转为受压状态的可能,需要考虑增大张紧器张力或采用生产管柱泥线悬挂器的办法来保证吊环以下立管整体处于受拉状态。所得结论可为油管泥线悬挂器在张力腿平台的应用提供参考。     

TLP平台串行立管系统干涉影响因素分析

TLP平台串行立管系统受力复杂,容易发生干涉,立管干涉的影响因素主要包括立管间距、平台偏移、顶张力、波浪和海流等,确定各因素对立管干涉的影响规律可为TLP平台立管系统设计和作业安全提供支持。为此,建立TLP平台串行立管微分方程,采用ABAQUS软件建立P2P、P2D和D2P(P代表生产立管,D代表钻井立管)串行立管系统有限元模型,制订了评定立管干涉的标准和立管干涉分析流程,分析各因素对串行立管干涉的影响。分析结果表明,立管间距和海流对立管干涉影响较大,立管间距增大发生干涉的可能性变小;串行立管系统主要在50~100 m水深范围内发生干涉,防止立管发生干涉的最小间距不小于4 m;TLP平台偏移对立管的干涉影响很小,顶张力对D2P工况串行立管干涉影响较大,对P2P和P2D工况影响不大,波浪相位角为180°时对串行立管的间隙影响最大,在100 a一遇的海流条件下,建议停止钻井作业。研究成果可为南海TLP平台立管系统设计和作业安全提供技术支持。     

顶张力立管强度计算关键参数研究

本文对顶张力立管(TTR)强度分析中张力及张紧器的建模方法进行了研究,给出TTR强度分析中张力的计算及张紧器的建模理论。介绍了TTR强度分析建模的主要方法,对1000年、100年重现期海况下TTR的强度进行分析,使用API-RP-2RD规范进行了校核。     

张力腿平台丛式立管钻完井作业窗口分析方法

针对张力腿平台(TLP)钻完井过程中丛式立管的作业安全问题,基于HUSE尾流模型和切片分析理论,考虑丛式立管之间的干涉作用,建立了TLP丛式立管系统力学分析模型,确定了TLP丛式立管钻完井作业准则,并提出了TLP丛式立管钻完井作业窗口分析方法及流程。以我国南海某深水油井为例,开展了TLP丛式立管钻完井作业窗口及其影响因素分析,结果表明:TLP丛式立管钻完井作业窗口总体上呈倒锥形,在低流速区域受立管最大弯曲角度限制,在高流速区域受立管最大等效应力限制;钻井液密度对立管钻完井作业窗口的影响较小,顶张力和立管间距对TLP丛式立管系统的钻完井作业窗口具有显著影响,顶张力不足会导致TLP丛式立管在高流速区域无法作业,立管间距设计较小会引起立管碰撞进而导致TLP钻完井作业失败。本文研究成果可为我国南海TLP丛式立管钻完井作业安全管理提供参考。     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

顶张紧立管冲程分析方法研究

主要对顶张紧立管(TTR)冲程计算方法进行研究,并给出了计算TTR冲程的主要组成部分。通过张力腿平台TTR运动系统的简化建模,理论分析了影响TTR运动冲程的主要因素,给出简单估算TTR运动冲程的解析计算方法。通过使用有限元方法对TTR运动进行动态的时域分析,对影响TTR运动冲程的因素进行敏感性分析,并给出理论解释。最后提出控制TTR运动冲程范围的有效方法,为TTR冲程设计提供参考及依据。     

筋腱断裂后张力腿平台-筋腱-立管耦合系统响应分析

以某张力腿平台为例,建立了张力腿平台-筋腱-立管耦合系统动力学分析模型,开展了多种工况和不同筋腱断裂状态下平台-筋腱-立管系统瞬态响应研究.结果 表明:筋腱断裂后,平台运动位移和绕Z轴转动角度变化较小,平台绕X、Y轴转动角度变化较大且发生高频波动,经过衰减后平台的运动频率与完整状态下保持一致;位于断裂筋腱对角线位置上的...     

张力腿平台海上安装技术研究

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊的顺应式平台,其主要工作原理是通过平台自身的浮体结构,产生远大于平台自重的浮力,从而使张力腿产生预张紧力。张力腿平台的结构形式使其海上安装方式有别于传统的桩基式导管架平台,但其相关技术一直被国外公司掌握并垄断。结合500 m水深油田生产装备TLP自主研发课题,研究了张力腿平台海上安装的各个环节与关键技术,系统详细地阐述了张力腿平台的安装方案作业流程,有助于打破国际关键垄断,突破关键技术。同时,也为我国南海深水张力腿平台的进一步研发与施工奠定理论基础和技术储备。     

深水半潜式平台内悬挂钢悬链线立管提升过程模拟

对悬挂于半潜式生产平台内侧的钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的安装过程进行研究，给出对应的SCR张力转移、提升和横向牵引就位方案。采用数值方法对上述过程进行模拟分析，分空管和注水两种工况给出SCR顶部张力、平台缆绳与旁通最小净距和立管顶部倾角结果，以进一步验证所提出安装方案的可行性，同时给出对应的立管提升系统的最大张力需求基准。基于研究成果完成的立管提升方案应用于超深水油气田项目“深海一号”,进一步验证所提出方案的可行性。     

张力腿平台表层导管安装方法适应性评价及优选

张力腿平台是深海油气勘探开发的重要装备,而表层导管负责承载后续管串及水下防喷器,因此研究张力腿平台表层导管的安装方法对维持井口稳定性具有重要意义。针对南海某油田深水张力腿平台开发模式和水下井口布置方式,从水下井口间距、海底土特性等影响因素出发,分析了钻入法、喷射法和水下打桩法等3种表层导管安装方法的特点及适应性,并综合考虑张力腿平台安装时间、油田投产时间等因素,开展了张力腿平台表层导管安装方法优选。研究结果表明,水下打桩法在批量施工中作业效率较高、经济性较好,是张力腿平台表层导管安装方法的首选,可为南海深水油田张力腿表层导管安装提供借鉴。     

卷轴铺设中立管非线性有限元分析及参数控制

深水卷轴铺设系统中立管的结构强度及张紧力等参数是铺设过程中需要严格控制的关键参数。结合我国南海某深水气田开发的具体工程背景,利用ABAQUS有限元软件成功模拟了立管卷轴铺设中上卷、退卷及经过校准器的3个非线性过程,分别给出了3个过程中立管所受到的张紧力大小、应力云图及应变云图,并验证了该工程背景下卷轴铺设各参数选择及控制的合理性。非线性有限元分析结果及所得到的卷轴铺设过程中张紧力等各参数的变化规律,可为深水立管卷轴铺设提供技术参考。     

1500m超深水海洋生产立管系统选型与配置研究

对顶端张紧式立管(TTR)系统的选型与配置技术进行了分析,介绍了生产立管系统关键装备的功能、结构特点及安装位置。在此基础上,考虑外立管、内部油管及原油等影响因素,计算确定了立管系统顶张力,完成了生产立管标准单根、应力单根的结构设计及立管系统其他作业装备的选型研究,通过系统选型与配置形成适用于1 500 m超深水、满足内压35 MPa的生产立管系统,为我国开展生产立管系统关键装备研制与应用奠定了基础。     

基于微分变换法的海洋立管模态参数影响分析

为探究海洋立管模态参数(固有频率及振型)随结构参数(立管长度及弯曲刚度)、轴向张力(恒张力及变张力)、弹性约束刚度(扭转刚度及线性刚度)和附加质量系数的变化规律,将海洋立管简化为轴向张紧的细长梁力学模型,利用微分变换法对其自由振动控制方程进行数值求解。研究结果表明:微分变换法具有收敛速度快和精确度高等优点;海洋立管固有频率随立管长度增加而降低,随立管弯曲刚度和上、下两端约束弹簧刚度的增加而增大,随海水附加质量系数增大而减小。运用微分变换法可很好地分析海洋立管模态参数随各影响因素的变化趋势,这为海洋立管的涡激振动分析及设计提供了重要参考。     

张力腿平台钻机猫道方案及比较研究

张力腿平台由于自身的运动特点和钻井/生产立管安装作业需求,造成其钻机模块的部分设计方案与固定式平台不同。为提高张力腿平台钻机模块管子处理作业时效,同时保证浮式平台的吊装作业安全性,本文列举了多项猫道方案,并考虑操作便利、作业安全以及应用经验等方面进行了对比,为张力腿平台钻机模块猫道方案的选型提供一种有效可行的方法。     

顶部张紧立管回接连接器及安装技术

顶部张紧立管(TTR)广泛应用于TLP平台和SPAR平台,回接连接器是其重要组成部分。介绍了顶部张紧立管的类型和特点及回接连接器的分类、结构特点、工作原理、安装技术。液压驱动的细长型回接连接器的优点是体积小、承受弯矩和剪力大,适用于水深>1 500m的各种浮式平台,是今后的发展方向。     

风浪流中Truss Spar平台耦合动力响应分析

采用时域耦合分析方法,研究了Truss Spar平台浮体/系泊/立管系统在不规则波浪及风流作用下的耦合动力特性问题.比较分析了SCR及TTR两种立管形式对平台浮体运动响应及其系泊张力变化特性的影响,同时还考虑了在极端海况下当有系泊断裂时,平台运动响应及其系泊张力的变化特性.研究表明,在耦合立管后,平台运动响应及系泊张力特性变化明显,特别是耦合TTR时,平台运动响应及系泊张力幅值显著减小.当平台遭遇恶劣海况发生系泊断裂时,对平台运动响应及其系泊系统动力响应特性都会产生显著影响.