海洋钻井隔水管系统配套技术研究.pdf

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2 0 1 0年 第 3 9卷 第 7期第 1 2页 石 油矿 场 机械 OI L F I EL D EQUI P MENT 文 章 编 号 1 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 l O 0 7 0 0 1 2 - 0 4 海洋钻井 隔水管系统配套 技术研究 王定亚 。 李爱利 宝鸡石油机械有限责任公 司, 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 摘要 分析研 究了海洋钻井隔水管技术的发展现状、 钻 井隔水管 系统组成及其单元部件功能和结构 特 点 , 并从 3个方面 分析 了海洋钻 井 隔水管 的发 展趋 势 。 关键 词 钻 井 隔水管 ; 现 状 ; 配套技 术 ; 结构特 点 ; 发展 趋势 中图分类 号 T E 9 5 1 文 献标识 码 A S t u d y o f M a r i n e Dr i l l i ng Ri s e r S u pp o r t i n g Te c h n o l o g y W ANG Di n g - y a, LI Ai l i Ba o j i Oi l f i e l d Ma c h i n e r y Co ., Lt d ., Ba o j i 7 2 1 0 0 2, Ch i n a Ab s t r a c t Th e ma r i n e dr i l l i ng r i s e r t e c hn ol og y d e ve l op me nt s t a t us, de t a i l s of t he d r i l l i ng r i s e r s y s t e m c o m p o s i t i o n a nd t he i r c e l l c o m p on e nt s f u nc t i on a r e o ut l i ne d, whi l e t he m a r i n e d r i l l i ng r i s e r s up p o r t i ng t e c hn ol o g y a nd s t r u c t ur a l c ha r a c t e r i s t i c a r e c a r e f u l l y s t u di e d .Fi n a l l y, t h e d e v e l o p m e nt t r e n ds o f ma r i n e d r i l l i n g r i s e r f r om t hr e e a s p e c t s a r e a n a l y z e d . Ke y wo r d s ma r i ne dr i l l i n g r i s e r; pr e s e n t d e v e l o pme n t s t a t us ;s up po r t i n g t e c h no l o gy;s t r uc t ur a l c h a r a c t e r i s t i c t r e n d 海 洋钻井 隔水 管是海 洋深水 油气勘 探开 发 中的 重要单元装备 , 作为连接海底 B OP至海面钻井平台 之间的咽喉通道[ 1 ] , 目前其研究工作 已引起 了世界 多个国家的普遍关注, 尤其在欧美等发达 国家发展 速度很 快 。钻 井隔水 管通 常在海 洋勘探 钻井 工作 中 的主要 功能是 隔离外 界海水 , 用 于钻井 液循环 、 安装 水 下 B OP 、 支 撑 连 接各 种 控 制 管 线 主要 包 括 节 流 和压井管线、 泥浆补充管线 、 液压传输管线等 , 以及 起 到钻杆 、 钻井 工具 从 钻 台 到海底 井 口装 置 的 导 向 作用 。随着 全球 范 围内海洋油 气勘探 开发 工作 不断 向深 水领域 进军 , 受 海 洋 风 、 浪 、 流 等恶 劣 环境 和气 候的影响 , 研究和开发具有高技术、 高难度和具有高 可靠性的海洋钻井隔水管及其系统已成为一个新的 亮点 。 一 。 1 技术发展现状 海洋钻井隔水管技术起源于 2 O世纪 4 0年代末 期, 当时设计者的想法仅仅是为海洋钻井 提供一个 钻杆导管和泥浆、 钻屑的 回路。2 O世纪 5 O年代末 期 , 在加 利福 尼亚 的近海 , O f f s h o r e 公 司在 D - 1 号钻 井 船上 , 首次成 功 地使 用 了一 个真 正 意义 上 的隔水 管, 配备有顶部伸缩接头 ; 2 0世纪 6 O年代 , 随着技 术 的进一步发展, 隔水管增加 了节流管线 和压井管 线 , 使其功能更加齐备 ] , 从此 , 隔水管技术才真正 开始 进入 了一个 比较 系统 的发展 过程 ; 近年来 , 随着 世 界范 围 内海洋 勘探钻 井发 展 的需 要及 技术 的不断 进 步 , 海 洋钻井 隔水管无 论从 适应 海水 的深度 , 还是 系统整体配置而言均发生 了巨大变化 , 不仅系统配 套更加完备 , 功能更加齐全 , 而且适应水深能力 已经 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 3 0 基金项 目 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 “ 深水钻井 隔水管系统技术研究” 2 0 0 8 A A0 9 A1 0 6 作者简介 王定亚 1 9 6 6 一 , 男 , 陕西陇县人 , 高级工程师 , 硕士 , 1 9 8 9 年毕业于西北工业大学机 制专业 , 曾从事抽 油机、 钻井 泵 、 石油钻机 等产 品设计研究工作 , 现从 事海洋装备技术研究开发工作 , E - ma i l h y s wd y b o rne o . c n 。 第 3 9卷第 7 期 王定亚 , 等 海洋钻井隔水管系统配套技术研究 超过 3 0 0 0 m 等 。 目前从全球范围来看, 具有较强海洋钻井隔水 管开发能力的国家为数不多, 仅海洋钻井隔水管及 系统配套而言 , 其 生产供应商主要集 中在美 国、 挪 威、 法国、 俄罗斯等部分发达 国家。美 国 GE Ve t c o Gr a y公 司和 C a me r o n公 司是 当前世 界 上最 大 的海 洋钻井隔水管生产制造厂 , 不仅系统配套设施完善, 系列规格较全 , 且以生产制造 深水钻井隔水管技术 见 长 ; 法 国 于 2 O世 纪 8 O年 代 由法 国 石 油 研 究 院 I F P 和 F r a ma t o me公 司联 合 开 发 了夹 式 隔 水 管 ; 俄罗斯 Z AO公司于 1 9 9 6年开始研究用铝合金隔水 管来 满 足深 水 和超 深 水 钻井 等[ 6 ; 挪 威 Ak e r K- v a e r n e r 公 司 、 美 国 国民油 井公 司 NAT I oNAL也 生 产制造不同形式和规格的钻井隔水管 。 我 国 由于起 步 较 晚 , 至今 在 海洋 钻 井 隔水 管研 制方 面处 于空 白状 态 。多 年 来 , 我 国虽然 在 海 洋 钻 井隔水管理论研究方面作 了一些工作 , 并在隔水管 维修 方面积 累 了一 定经 验 , 但 一 直 未 能进 人 实 质性 的产品开发阶段 , 其主要原 因一方面与国内 自身工 业基础条件较差等因素有关外 , 更重要 的是我 国缺 乏专业 的研究机构和人才资源, 这是制约 国内该技 术发展的主要因素 。近年来 , 随着国家对海洋油气 勘探开发力度的不断加大及我国对海洋石油装备技 术的快速进步, 以国家 8 6 3 项 目“ 深水海洋钻井隔水 管系统技术研究” 课题为依托 , 研究和开发属于我国 具有 自主知识产权 的海洋钻井隔水管已具备一定的 条件 , 这必将为满足我国 日益发展的海洋钻探装备 技术开发需求及打破当前 国外技术垄断奠定 良好的 基础 。 2系统构成及功 能 海洋钻井隔水管系统通常由海洋钻井隔水管单 根 、 节 流/ 压井 管线 、 辅助 管线 、 隔水 管短节 、 卡 盘 、 万 向节、 分流器、 伸缩接头 、 张紧环、 终端适配器 、 挠性 接头、 灌注阀等主要部件组成 。隔水管单根主要用 于整套管串的连接及辅助管线等 的支撑 固定 , 一般 分为带浮箱的隔水管单根和不带浮箱 的隔水管单根 2种形式。带浮箱的隔水管单根在工作状态下对整 个系统产生一个 巨大的浮力 , 防止 隔水管在受 自身 重力及外界载荷条件下在水 中发生大的弯 曲变形, 以保证整个管串在工作时始终受到向上 的拉力 ; 隔 水管短节通常为一组 , 有多个长度规格, 除长度 比隔 水管主体尺寸短外 , 就规格和连接形式来说 与隔水 管主体完全相同, 其 主要作用是用于调节不同水深 作业隔水管系统的长度 ; 卡盘和万 向节配套使用, 安 装位置位于钻井井 口转盘上方 , 卡盘主要用于隔水 管单根连接安装时的夹持和支撑 , 万向节用于补偿 平衡 隔水管在海流作用下的偏移并保证隔水管与 钻 井平 台的连接垂 直 ; 分 流器 安装 在隔水 管上部 , 下 方连接隔水管伸缩接头 , 主要用途是用来关闭海洋 立管连接的垂直流路 , 并引导井流离开钻台的装置; 伸缩接头和张紧环在工作时呈一体式结构 , 张紧环 安装在伸缩接头中部 , 提供隔水管与张紧器安装连 接 接 口 , 伸缩 接头 由内筒 和外筒 等关 键零 部件组 成 , 主要 克 服和补 偿 隔水管 工作 时钻井 平 台随波浪 引起 的上 下颠 簸 , 保 持 隔水管 在海水 中的稳定性 ; 挠性 接 头随水深和海况条件在隔水管系统中的配套形式有 所不 同, 通常有上部 、 中部 、 下部挠性接头之分, 主要 作用是克服并防止隔水管串受海流的作用发生弯曲 及平台移动引起系统偏移 时的有效连接 , 以改善和 减少隔水管局部弯 曲应力等 ; 隔水管灌注阀是一种 用来防止隔水管中泥浆意外流失事故发生时可 自动 向隔水管中灌注海水、 以防隔水管损坏及井壁坍 塌 等事 故发生 的装 置 。另外 , 为 了满足水下 B OP系统 有效控制和满足泥浆流速控制等功能需要, 隔水 管 上安装有节流、 压井管线 和泥浆 增压管线、 液压 管 线等 。 3配套技术及 特点 钻井 隔水管 系统 的基本 配 置 如 图 1 。由图 1可 知, 海洋钻井隔水管系统配套单元设备相对较多, 且 系统配置随海况 、 地层条件 、 钻井工作水深及平 台 船 结 构 形 式 的不 同 , 其 配 套 方 式 也 存 在 一 定 的 差异 。 与强紧 图 1 海洋钻井隔水管系统配置 邋麓 漤 。石 油 矿 场 机械 2 0 1 0 年 7月 3 . 1 主体 结构 配套 方法 参考 国外海洋钻井隔水管配套形式 , 按照工作 水深条件考虑, 通常钻井水深在1 0 0 0 m以内时 , 隔 水 管单根 长 度 宜选 择 1 5 . 2 4 m 5 0英 尺 和 1 9 . 8 1 n l 6 5英 尺 长 度 系 列; 如 果 钻 井 水 深 在 1 O 0 0 ~ 2 0 0 0 m范围, 可考虑选择2 2 . 8 6 1 T I 7 5英尺 长 的隔 水管单根进行 配套 则更加 经济 合理; 如果水 深在 2 0 0 0 3 0 0 0 m , 或超 过3 0 0 0 m水 深 , 通 常 考 虑选 择 2 7 . 4 3 m 9 0英 尺 或 3 3 . 5 3 m 1 1 0英 尺 长 的 钻 井 隔水管单根以减少单根安装 时间, 有效提高工作效 率。从钻井隔水管拉力级别 和海况条件分析考虑, 海洋钻井隔水管主管材料可按照X 6 5 、 X8 0 、 X1 0 0 等 级别 进 行 选 型 配 套 , 壁 厚 按 照 1 2 . 7 0 O . 5 、 1 5 . 8 8 0 . 6 7 5 、 2 0 . 6 2 0 . 8 1 2 、 2 5 . 4 1 、 3 1 . 7 5 mm 1 . 2 5 英寸 系列设 计选 配 。 从 钻 井 隔水 管连 接器 结 构 配套 形式 来 说 , 目前 国际上 已经应 用 的主要有 法兰式 、 筒夹 式 、 炮 栓式 和 卡箍式等 4种结构 , 这 4种不同的钻井 隔水管连接 器各有 自己的特点 , 法兰式具有安全可靠等技术特 点, 其余几种具有安装拆卸时间短 、 工作效率高等优 势。另外 , 隔水管各密封件 、 辅助管线及节流压井管 线等选配通常按照水下防喷器压力能力及海洋钻井 区域钻井工况所必需的压力级别进行配套, 原则是 在满足工作性能的情况下 , 尽量轻量化设计。 3 . 2 主 要单元 部件 配套及 结构特 点 海洋 钻井 隔水管从 系统单 元部 件 的配套情 况来 说 , 伸缩接 头 的伸缩 行程 大 小 按 照钻 井 隔 水 管所 使 用的海域的波浪状况进行设计 , 目前常用的伸缩长 度有 1 3 . 7 2 4 5 、 1 6 . 7 6 5 5 、 2 2 . 8 6 m 7 5英尺 等 规 格 , 伸缩接头通常在设计 中要着重考虑密封元件及 密封部 位 的 可靠 性 、 内外 筒 之 间 的 自锁 性 等 要 素 。 挠性接 头 随水 深 和海况条 件在 隔水管 系统 中 的配套 形式通 常有上 部 、 中部 、 下部 挠 性 接 头之 分 , 一 般 在 水深 相对较 浅 、 海 流速度 比较平 缓 的使用 环境里 , 隔 水管 系统只需 要配 置一个 下部挠 性接 头便 能够满 足 正常工 作要求 , 挠 性接 头 在 设计 时其 挠性 元 件 与 壳 体之间设计有一定的偏转角度 , 其中挠性元件是核 心零件 , 既要求 有足 够的 刚性 以满足拉 力条 件 , 又要 求具有 良好 的耐磨性和密封性能等。中间灌注阀一 般在地层条件比较稳定 的情况下可考虑不予配置。 特 殊情况 下需要 配 置 时 , 则 必 须 具 有 阀体 随 内外 压 差突变时能 自动开启及人工在平台上可以远程控制 开启的双重功能。隔水管卡盘 目前 国际上在用的结 构形 式较多 , 有 门式结构 、 四或 六爪伸 缩式 及翻转 式 等多种形式 , 各 种结构均有各 自不 同的设计特点。 门式结构 具有 稳定性 好 、 支 撑力 大 的特 点 ; 爪 式具有 结构紧凑 、 体积小等性能特点。张力环安装在伸缩 接头外简体上 , 不仅为隔水管提供与张紧器之间的 连 接接 口, 同时该装 置 内部设 有 轴承 , 可 以有效 防止 隔水管在海流或海浪等外力作用下与平台之问在发 生扭 转变形 时 的损伤 破坏 。其他 配套元 件如终 端适 配器 、 万 向节 、 分 流器 等单元 配套连 接件 由于结 构和 功能 相对 比较单 一 , 就 不一一 介绍 了 。 4技术发展趋 势 随着当前众多国家越来越重视海洋装备技术开 发的实际及海洋勘探开发不断向深水、 超深水领域 迈进的迹象 , 预计海洋钻井隔水管今后将朝着多个 方 向发 展 。 4 . 1 在 多个 国家 发展 在海洋钻井隔水管技术发展当中, 美国、 挪威等 西方发 达 国家 由于起 步 早 , 从 而在 该 技 术领 域 内一 直处于领先和垄断地位 。但随着近几年世界多个国 家逐渐 涉足 海洋勘 探 开 发 领域 , 尤 其 是 中国 、 韩 国 、 日本 、 巴西等 多个 国家 的迅 速 崛起 , 海 洋钻 井隔水 管 在世界 范 围内 的发 展 趋 势 必将 会 呈 现 出多 国化 、 多 品种的新格局 , 同时 , 海洋钻井隔水管长期以来被个 别 国家和个别公司所垄断的局面在不久的将来会被 打 破 。 4 . 2 向高可 靠性和 高适应 性方 向发展 海洋 钻井 隔水管 使用环 境条 件和受 力工况 非 常 恶劣, 不仅要承受风、 浪、 流 、 涡激振动等环境气候的 影 响 , 还要 受平 台偏 移 、 平 台颠簸 、 钻杆 摩擦 、 海 水和 泥浆压力、 克服自身重力及吊装 B OP等各种外界载 荷影 响 , 加 之海上 安全 与技术 规范 条款 的要求 等 , 使 得海洋钻井隔水管必须具有非常高的可靠性和适应 性 。另外 , 海洋钻 井 隔水 管 除 担 负 正常 钻 井所 必 须 的各种功能外 , 还担负着连通水下各种信息、 信号的 传输功能, 所 以, 研究具有高可靠性和高适应性所需 的钻井 隔水 管必将 是人们 需 要进一 步研究 和探讨 的 方 向。 4 . 3 向小直 径长 系列快 装式 轻质材 料方 向发展 随着小井眼等钻井工艺的日渐成熟和材料科学 的不断进步 , 同时随着海洋勘探钻井逐渐向深水、 超 深 水方 向的发 展 , 提 高海 洋 钻井 隔水 管 钻井 工 作效 率 、 降低辅助安装时间和材料成本 , 减轻隔水管 自身 质量等必将是未来研究和发展的重点 。从当前的各 种研究迹象表明, 小直径、 长系列 、 快装式 、 轻质材料 2 0 1 0年 第 3 9 卷 第 7 期第 1 5页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I E LD E QUI P MENT 2 0 1 0 , 3 9 7 1 5 ~ 1 8 文 章 编 号 1 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 1 0 0 7 0 0 1 5 - 0 4 宝浪油 田高含水期杆 管偏磨研究及 防治措施 黄青松 , 李 永飞 , 吕瑞典 , 邢德刚 , 罗雄。 1 . 中石 化河 南油田分公 司 塔里木勘探公 司 , 新疆 库尔勒 8 4 1 1 0 0 ; 2 . 西南石油大学 , 成都 6 1 0 5 0 0 摘要 随着宝浪油田采油深度的增加和原油含水率的提 高, 抽 油机井杆 管偏磨加剧, 造成管杆断脱 和管柱漏失。针对抽油杆在三维井眼 中的受力弯曲情况 , 提 出了杆管优化方法并 开发 出配套的防 偏磨软件, 对延长油井生产周期、 提 高油田经济效益具有积极意义。 关 键词 宝浪 油 田 ; 抽 油杆 ; 偏 磨 ; 扶 正 器 ; 防治措 施 中图分 类号 TE 9 3 1 . 2 ; TE 9 3 3 . 2 文 献标识 码 A S t u d y o n Ec c e n t r i c W e a r o f Ro d s a nd Tu b i ng a nd I t s Pr e v e n t i o n M e a s u r e s i n Hi g h W a t e r Cu t o f Ba o l a n g Oi l f i e l d HUANG Qi n g s o n g , L I Yo n g f e i , L V Ru i d i a n 。 , XI NG De g a n g , LUO Xi o n g 1 . T a r i m Expl o r a t i o n Co mp a n y, He ’ n a n Oi l fi e l d Br a n c h C o mp a n y o f Si n o p e c , Ko r l a 8 4 1 1 0 0, Ch i n a; 2 . S o u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y, Ch e n gd u 6 1 0 5 0 0, C h i n a Abs t r a c t As t he d e p t h a nd wa t e r r a t e s i n c r e a s i ng, i n Ba ol a ng o i l f i e l d, e c c e nt r i c we a r o f r o d s a nd t ubi ng i n r o d p umpe d we l l s we r e s e v e r e d, r e s ul t i ng i n r o d a n d t ub i ng p a r t i ng a n d t ub i n g s t r i ng 的钻井隔水管将会成为一种潮流和时 尚, 必将是今 基础 。 后海洋装备市场发展的热点。 5 结语 目前, 海洋勘探开发工作已进入了一个新 的时 代 , 随着世界各 国对海洋油气资源勘探开发的不断 加剧 , 作为担负着海洋勘探开发重任之一的海洋钻 井隔水管装备 , 其研究和开发工作 已经开始成为世 界 主要 国家关 注 的焦 点 。我 国 由于起 步 晚 , 直 到 近 几年 才开始 重视 及研 究 , 国 内尤 其 以 宝鸡 石 油 机 械 有限责任公司为代表的部分企业 和多个高等院校 、 研究部门等都 已经展开 了研究, 且部 分单位 已进入 样机的生产研制程序 , 这标志着我国深水钻井隔水 管研制工作已进人一个崭新的发展时期, 相信我国 在不久的将来会拥有 自主知识的海洋钻井隔水管装 备 , 这必将为我国开发南海等深水领域打下 良好 的 参考文献 [ 1 3 彭 朋 , 陈 国 明.深 水 钻井 隔水 管 多模 式 损 伤评 估 E J ] . 石油矿场机械 , 2 0 0 9 , 3 8 7 1 0 1 4 . [ 2 ] 闫永宏 , 王定亚 , 邓 平 , 等.钻 井隔水管 接头技术 现 状 与发 展建议 [ J ] . 石 油机械 , 2 0 0 8 , 3 6 9 1 5 9 1 6 2 . I- 3 ] 张宗峰 , 袁姗姗 , 张立平. 隔水 管快速接 头有 限元分 析 [ J ] .石油矿场机械 , 2 0 0 9 , 3 8 6 1 0 1 4 . I- 4 ] 徐兴 平, 王龙庭 .受 撞浅海 隔水管 变位分 析[ J ] . 石 油 矿 场 机 械 , 2 0 0 8 , 3 7 4 5 0 5 2 . [ 5 ] 王海峡 , 赵广慧 .波 流极值载 荷作用 下隔水管 的非线 性分析r J ] . 石油矿场机械 , 2 0 0 8 , 3 7 1 1 6 - 1 0 . I- 6 ] 王 定 亚. 海 洋 钻 井 隔 水 管 国外 技 术 与 国 产 化 研 究 [ C ] / / 深水半潜 式 平 台立 管及 锚 泊 技术 演 习会 论 文 集.天津 中国石油天然气股 份有 限公 司, 2 0 0 7 . [ 7 ] 兰洪波 , 张玉霖 , 营志军 , 等. 深水 钻井 隔水管 的应用及 发展趋势i- J ] . 石油矿场机械 , 2 0 0 8 , 3 7 3 9 6 9 8 . 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 9 作者简介 黄青松 1 9 6 6 - , 男 , 河南南 阳人 , 教授级高级工程师 , 1 9 8 8年毕业 于江汉石油学 院 现为长江 大学 石油工程 专 业 , 主要从事 油田生产技术 管理工作 。
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