水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。     

水下湿式电连接器密封组件密封性能模拟与分析

利用ANSYS有限元软件建立了水下湿式电连接器橡胶密封组件在工作工况下(最大水深500 m,往复插拔运动)的二维有限元简化模型,模拟分析了不同表面摩擦系数、不同径向压缩量及动静密封状态下密封区域的接触应力分布情况,分别利用经验公式法和雷诺方程分析法计算了泄漏量,对密封组件密封性能进行了定量分析。结果表明:密封区域的接触应力随表面摩擦系数增大而增大,但当表面摩擦系数为0.20时密封区域局部失效;不同径向压缩量情况下瞬时动密封的接触应力均高于静态密封的接触应力;密封组件径向压缩量增大,接触应力也随之增大,但当径向压缩量为1.0 mm时密封区域局部失效。经验公式法和雷诺方程分析法计算的泄漏量均小于规范的最大泄漏量标尺,表明水下湿式电连接器密封组件具有良好的密封性能,但经验公式法比雷诺方程计算的结果相对偏小,主要原因是雷诺方程计算侧重的是接触面的湿摩擦,而经验公式侧重的是接触面的干摩擦。本文研究结果对水下湿式电连接器密封结构设计和相关参数选取有一定的指导意义。     

1500m水深水平连接器压力帽结构及有限元分析

研制的压力帽与水平连接器安装在一起,用于水下管汇与生产设施的连接,适用于1 500m水深。介绍了该压力帽的总体结构、拆装过程、主要部件的结构和功能。设计了借助ROV在水下进行压力帽拆装的液压系统。采用有限元软件分析了压力帽的强度,满足规范要求。     

含腐蚀缺陷的水下连接器密封圈性能分析

密封性能是水下连接器的设计难点,实现密封的核心部件是金属密封圈.为了分析腐蚀对金属密封圈密封性能的影响,利用SolidWorks建立含有腐蚀缺陷密封圈的水下连接器三维仿真模型,导入ABAQUS进行有限元分析,得到连接器在不同工况下的密封圈应力云图,进而可以得到连接器临界密封功能失效状态.只有当预紧力足够大,使得密圈接触...     

水下湿式电连接器密封件寿命预测

水下湿式电连接器是一种工作在海水、油液及钻井液中的连接水下设备的连接装置,基于严酷的工作环境,其密封技术极其重要,因此密封件的寿命很大程度上决定了水下湿式电连接器的工作寿命。以压缩永久变形率作为老化特性指标,研究基于恒定温度作用下的水下湿式电连接器寿命计算方法。通过建立热电耦合的有限元模型,分析得到工况下密封件的温度分布。同时建立了基于阿伦尼乌斯公式的寿命预测模型,依据国标试验中测量出的不同温度下密封件寿命和压缩永久率对应的数据,通过逐步搜索法编程计算公式的系数,编写了温度作用下的寿命预测算法,将有限元计算结果代入算法,得到橡胶密封件的压缩永久变形率和温度对应与其寿命值的曲线关系图。该方法对水下湿式电连接器寿命预测具有重要意义。     

深水采油树井口连接器锁紧机构设计研究

分析了水下采油树的关键部件——井口连接器的功能、类型及结构.针对水深300 m、设计压力为34.5 MPa(5 000 psi)、设计温度为-18～121℃的卧式采油树,根据ISO 13628 4和API17D相应规范,在考虑井口结构、目标油田油藏特性和环境参数的基础上,设计采油树井口连接器,并对关键部件C型锁紧环所需要的液压锁紧力进行计算分析;利用ABAQUS软件对液压锁紧力进行验证和强度校核.计算结果表明:所设计的锁紧机构满足井口连接器和水下采油树的需要.     

油气压力随机波动下水下连接器密封特性对比

为获得油气压力随机波动下具有不同密封结构的水下连接器的密封特性,以透镜式密封结构和VX钢圈密封结构连接器为研究对象,建立了油气压力的随机波动模型,以密封面最大接触应力、有效接触宽度和密封件回弹量为密封性能指标,采用有限元方法对比分析了不同连接器的密封特性。分析结果表明:在考虑油气压力随机波动时,透镜式密封结构的最大接触应力、接触宽度和回弹量的均值及方差均高于VX钢圈密封结构的对应值;在油气压力随机波动下,透镜式密封结构密封性能优于VX钢圈密封结构; VX钢圈密封结构在密封面有效接触宽度和密封件回弹量指标方面具有更好的统计稳定性。所得结论可为水下生产连接器的优化设计及现场应用提供参考。     

一种卡箍连接器非标准法兰筒体壁厚设计与校核方法

跨接管端部的水下连接器是水下油气生产系统的关键连接设备。法兰筒体作为水下连接器密封机构中的关键零部件,其结构强度计算与校核是水下连接器工程设计中的重要环节。以一型卡箍式水下连接器的法兰筒体为研究对象,考虑到其结构属于一种有别于现有规范的非标准法兰结构,提出了一种应力计算和校核的方法,解决了无法直接使用标准规范设计的难题。该方法将法兰筒体简化假设为长梁结构,依据受力特点建立力学分析模型,基于弹性地基梁理论求解剪力和弯矩共同作用下危险截面的等效弯矩,并计算出截面应力分量,建立相应的强度校核准则,以此进行壁厚的设计和计算。该方法的提出和应用是对标准法兰筒体壁厚设计方法的补充,可为同类问题的解决提供参考方案。     

海洋500m水深水下立式采油树设计开发

水下采油树是海洋深水油气开发的关键装备。为了梳理和提炼水下采油树最新研究进展及成果,指导国内相关产品的设计开发,在分析国内外技术现状的基础上,介绍了500 m水深导向绳式水下立式采油树的总体结构、技术参数、控制系统、采油树本体、油管悬挂器和闸阀驱动器等关键部件的结构及工作原理,并阐述了该产品的加工和试验进展。分析认为:该水下立式采油树具有整体模块化设计、电液贯穿多通路集成化设计、闸阀驱动器失效安全型设计等技术特点,产品的设计开发打破了国外技术垄断,达到国际同类产品的主流技术水平。该产品的设计与开发可以为水下采油树的国产化研制提供借鉴和参考。     

我国水下油气生产系统装备工程技术进展与展望

从水下生产系统方案设计和关键设备国产化制造、安装及集成测试等角度,详细阐述了我国水下油气生产系统设计技术和关键设备工程化现状。在设计技术方面,目前已基本具备1 500 m水深的水下生产系统独立设计能力,相关水下设计技术在流花16-2油田群和陵水17-2气田等深水油气田得到了充分体现;在水下装备及设备工程化研制方面,以水下采油树、水下控制模块、水下连接器、水下多相流量计和水下脐带缆等为主的关键设备已经具备一定的基础,而且部分产品实现了国产化的示范应用,取得了重大进展。最后对未来我国水下油气生产系统关键设备技术的发展趋势进行了展望。     

油管悬挂器U形金属圈密封性能研究

在油气开采向深水、高温、高压环境发展的大趋势下,密封技术决定了水下生产系统的可靠性和安全性。 设计了一种水下油管悬挂器出油口处U形金属圈,以密封性能和结构强度2个评判指标来评定金属密封圈的性能。参考AMSE Ⅷ-2中的结构塑性垮塌分析和局部失效的分析方法,结合有限元数值模拟研究U形金属圈在1.5倍额定工作压力的测试压力下的密封性能和结构强度。结果表明:在预紧和生产工况下,U形金属圈的密封性能满足设计要求,其接触唇有效接触宽度上的接触压力均满足预紧比压和工作比压要求。在测试工况下,密封圈整体结构满足防止塑性垮塌和局部失效评定的要求,但密封圈接触唇处易发生局部失效,应重点设计其接触唇的圆弧曲率半径。     

深水测试管柱应力分布规律与动态响应分析

为了研究深水测试管柱在不同工况下的应力分布规律及内压波动对管柱动态响应参数的影响,根据深水测试管柱作业特点及结构,推导了测试管柱的轴向力、轴向应力、径向应力和环向应力计算公式,建立了海水段测试管柱的横向及纵向振动模型。根据不同工况,建立了测试管柱的有限元模型,进行了测试管柱最大应力及内压波动下的动力响应分析。研究结果表明:测试管柱各段的最大应力随水深的增加而减小、随悬挂力的增大而增大;由于泊松耦合的影响,最大应力与水深的变化率随着内外压差的增大而增大;初开井前,由于测试管柱的内加压和环空泄压,测试管柱出现最大应力,其值为255.7 MPa,但各工况下测试管柱的安全系数满足强度使用要求;内部压力波动周期对测试管柱的应力响应影响显著,低周期的内压波动使管柱应力过度增大,管柱易发生危险。研究结果可为深水测试管柱的强度研究提供一定的指导。     

工况对管道凹陷形成及管道安全性的影响

基于X70管道和刚性压头模拟管道外壁与硬物挤压或碰撞形成凹陷的过程,建立对象接触、外载荷加载、外载荷卸载有限元分析模型,将内压、外载荷的加载、卸载按照特定顺序组合构成影响管道凹陷状态的3种工况,研究3种工况下凹陷对管道应力、凹陷回弹及极限承载力能力的影响规律。研究结果表明,工况1、工况2下的最大等效应力发生在凹陷加载阶段,工况3下的最大等效应力发生在内压加载阶段。工况1下的凹陷回弹系数为0.403,工况2和工况3下的分别为0.45和0.759。工况2下管道极限承载力受凹陷深度影响最严重,工况3下管道极限承载能力受凹陷深度影响最小。     

准噶尔盆地莫索湾地区异常地层压力与油气聚集

准噶尔盆地腹部莫索湾地区盆参２井于４５００ｍ和５７００ｍ深处侏罗系内存在异常高压层。根据异常地层压力形成理论、烃类有机成因理论、油气分带模式，探讨了异常地层压力的成因：岩性封闭是先决条件，粘土矿物成岩后生期释放大量层间水，下侏罗统生油层进入低成熟阶段，造成流体增温增压，形成一温跃层，导致异常高压出现。受温压条件控制，勘探目的层侏罗系存在明显的油气分带性：封闭层之上为石油聚集带，之下为凝析油、天然气聚集带。４５００ｍ封闭层以上的侏罗系应是目前勘探的主要对象。     

应用于张力腿平台的水下基盘设计实践

为确保水下基盘安全可靠运行,为石油开采提供安全保障,针对适用于300m水深的张力腿平台的水下工况,提出结构设计、基础设计、防腐设计等基本设计方法,以实现水下基盘国产化自主设计,形成水下基盘的自主知识产权,降低油气田开发成本。研究内容对油气田开发活动具有重要的经济价值和安全意义。     

煤层气欠平衡钻井专用旋转控制头在郑试平4H井的应用

为了完善煤层气欠平衡钻井国产配套设备,缩短钻井周期,降低移运成本,设计并试制了煤层气钻井专用低压小型旋转控制头,并在沁水盆地郑庄区块郑试平4 H井进行了现场试验。检验了旋转控制头与欠平衡钻井工艺的匹配性能,测试了旋转控制头的整体使用性能,证明了产品结构设计的合理性。该设备可有效密封井口环空压力,轴承组、动密封件以及润滑冷却系统在连续运转479 h情况下无任何异常状况,顺利地将钻井液导入泥浆罐。理论与现场试验结果表明:旋转控制头的结构设计合理,冷却润滑系统可以有效保护动密封件及轴承组,胶芯寿命满足现场使用要求,可进一步推广应用。     

强吸水暂堵完井液在呼图壁储气库完井中的应用

为了防止储气井完井过程中的储层损害,利用高吸水材料能够吸附自身重量几十至几百倍水的特点,研制了新型完井液体系,来控制完井液体系中的自由水。对高吸水材料的吸水能力、保水能力和热稳定性进行了评价和筛选,并对构建好的强吸水暂堵完井液进行了性能评价。结果表明,强吸水暂堵完井液具有良好的暂堵性能,暂堵压力可达20 MPa以上,气相反向突破压力小于1 MPa。现场应用表明,射孔后约8 m3射孔液进入地层,然后进入2 m3左右的完井液,未见严重漏失,有效防止了工作液的漏失。强吸水暂堵技术为类似低压中渗透性储层的完井作业提供了技术支持。      

渤海某油田绒囊暂堵流体修井工艺

两口井试用证明绒囊暂堵流体可以解决渤海某油田修井过程中漏失问题,但其性能和施工工艺需要进一步优化。实验表明封堵深度0.1 m,无需挤入地层更多流体以形成更深封堵带即可实现有效封堵;绒囊暂堵流体封堵能力与密度无关,塑性黏度20~30 m Pa·s、动塑比0.7~1.1 Pa/(m Pa·s)即可封堵低压漏失地层。绒囊暂堵流体封堵后用标准地层水试漏,承压能力达25.64 MPa,表明无需全井循环即可实现漏失地层封堵。陆上S181井气井全井筒段塞先导试验成功后,在渤海某油田A井储层段段塞封堵试用成功,表明绒囊暂堵流体在渤海某油田可以实施段塞封堵储层修井。     

高温高压油藏丢手分层卡堵水工艺管柱的研究及应用

介绍一种卡堵水技术,主要针对深井、高温、高压的油井特点,通过采取丢手堵水方式、胶筒保护、优选耐高温高压材料等措施,有效的延长了封隔器封堵寿命,减少了换封作业次数,提高了封堵成功率,大幅度减少了堵水作业工作量。通过13口井的现场试验表明,该机械丢手封堵工艺管柱能够满足深井、高温、高压油井的封堵需要。     

南海1500 m水深油气开发项目飞线安装方法

简要介绍水下生产系统用飞线国内外发展现状,分析飞线的类型、功能构造及常见的安装方法。在此基础上,针对南海1 500 m水深油气开发项目的不同类型飞线,进行安装方法概述,包括主要安装设备、安装步骤及关键安装技术要点分析。研究结果可为我国未来油气开发或其他水下工程飞线安装施工提供借鉴。