深水钻井隔水管系统结构设计
摘要
海洋隔水管钻井需要进行隔水管的下放、脱离、悬挂和回收等一系列关键作业。深水隔水管钻井需要更多的隔水管下放和回收时间和高昂的费用,一旦失效其后果也会更加严重。随着海洋钻井向更深的水域进军,钻井隔水管的分析、设计和作业管理技术越来越受到人们的重视。目前国内对隔水管系统的分析与设计大多依赖通用的软件,国外已有一些钻井隔水管的专用分析软件,但都难以实现深水钻井隔水管作业的信息化管理。本文结合国家“863”计划海洋技术领域重大项目子课题“深水钻井隔水管及井口技术”、国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”外协子课题“深水钻井隔水管作业技术研究及软件开发”和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究”,进行深水钻井隔水管作业信息化管理技术研究并开发相应的软件系统,可为我国南海深水油气开发的隔水管作业提供理论依据与技术支持。对隔水管系统进行适当简化,建立隔水管系统有限元模型,得到隔水管系统的静态有限元平衡方程和动态有限元平衡方程。探讨平衡方程中刚度矩阵、质量矩阵、载荷矩阵和收敛准则的确定方法,研究非线性有限元方程的求解方法,进行隔水管系统优化设计方法,顶张力设计方法和作业窗口。
海洋隔水管（water riser pipe system）水下器具的部件之一。它是整个海洋钻井装备中重要而又薄弱的环节，是海洋石油勘探开发的“瓶颈”，具有高技术、高投入、高风险的特点，是影响海上钻井安全的重要因素。本文从概述、事故类型及对策分析、发展趋势及我国深水海洋隔水管的发展等几个方面对海洋隔水管进行介绍，其中对深海隔水管的事故类型及对策分析做了重点论述。
关键字：隔水管系统；结构设计
目录
1隔水管系统简介 3
2 分流器的设计 8
2.1 入口设计分析 8
2.1.1入口管分析 8
2.1.2入口喷嘴分析 9
2.2主体结构设计分析 9
2.2.1入口位置 9
2.2.2最佳外形比 10
2.2.3旋流体锥度 10
2.3 出口管设计分析 10
2.4 计算分离器直径 10
2.5分离器的高度计算 11
3 上部挠性接头 11
3.1膨胀套管 12
3.2技术现状 14
3.3研究目标 16
3.4研究方案及可行性 17
3.5应用前景 19
4 隔水管短节 20
4.1结构和规格 21
4.1.1 结构形式 21
4.1.2 主要规格尺寸及公差、螺纹型式如附表1所示。 21
4.2技术要求 22
4.3提升短节现场使用要求 24
5 隔水管单根 25
5.1. 钻井隔水导管概述 26
5.2. 隔水导管力学分析模型 26
5.3. 前处理中环境载荷参数的设置 27
5.4 进行求解分析 28
结论 31
参考文献 32
1隔水管系统简介
隔水管系统是指连接海底井口与钻井船之间的导管系统，主要包括钢质、柔性和混合型三类，主要用途是钻井、采油、注水和油井维修，按用途分类可分钻井隔水管、采油隔水管和油井维修隔水管等钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要部件，其主要功能是提供井口防喷器与钻井船之间钻井液往返的通道，支持辅助管线，引导钻具，下放与撤回井口防喷器组的载体等。钻井隔水管单根是大直径，无缝或者焊接高强度且两端有焊接接头的管线，特殊的管线夹把辅助管线紧固于主管线上。隔水管单根两端的接头一侧公端裸露，另一侧母端裸露，单根之间往往采用接头连接，采用金属-金属或者弹性体或者二者组合进行密封。
隔水管单根典型长度为50，65，70，75和90ft。为了抵御超深水域恶劣的环境载荷，隔水管制造商采用具有较好疲劳特性的钢，采用标准化制造以便隔水管主管与接头之间的无缝焊接，在超深水制造商现行一般选用X80钢，屈服强度为80Kpsi(551.6MPa)。
海洋钻井隔水管作为海洋深水油气勘探开发的一个重要装备单元，已经引起很多国家的重视。因为在海洋恶劣环境下工作，海洋钻井隔水管是一种具有高风险、高难度、高技术、高附加值的石油钻井装备。当前，深水钻井隔水管系统整体设计与分析技术仅被少数几个公司所掌握，如 OPR, INTEC、Saipem、JP Kenny、Technip、MCS、Hoffshore，世界范围内除美国、挪威、日本等国家几个大的海洋工程公司能够制造钻井隔水管外，其它国家和公司还不具备开发能力。
参考文献
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