传统悬跨分析以不发生涡激振动和强度极限状态为原则确定最大可以接受的自由悬跨长度。随着水深的增加,悬跨处理的成本急剧增加,以疲劳寿命为准则可以显著地增加最大可接受悬跨长度,减少工程费用。介绍了海底管道设计过程中的悬跨分析方法和悬跨接受标准。提出在设计阶段以疲劳极限状态为接受标准,并结合有限元计算进行悬跨分析,可减少悬跨处理量,节约大量工程费用。
针对流花4-1项目的水深和地层特性,引入简化联顶管柱方案进行水下采油树油管挂的安装。在对方案适用性进行对比和论证后,介绍了该方案的主要设备,包括简化联顶管柱、脐带缆系统、油管挂下入回收工具和油管挂,然后提出了安装过程中的主要控制参数与限制条件,并对实际现场使用过程进行了详细描述,最后阐述了该方案的使用效果。该方案的成功应用可为日后的深水边际油田开发提供借鉴和参考。
对某深海脐带缆的总体布局进行了选型设计研究.脐带缆的设计研究正逐渐成为国内海洋工程领域的研究热点,对于脐带缆设计而言总体响应分析是其关键课题.首先推导了悬链线和缓波形两种布局的线型方程.进而基于推导的方程,在有限元软件OrcaFlex中建立了脐带缆悬链线和缓波形两种布局的数值模型,对比分析了两种布局形态下的有效张力和弯曲曲率等响应特性.研究发现相对于悬链线布局,缓波形布局线型较复杂,但能有效降低悬挂点处有效张力.浮力块能有效缓解上部动态响应向触地点处的传播.此外,对缓波形布局中浮子段长度,浮力因子和浮子段起始位置等关键参数对总体响应的影响进行了敏感性分析.所得结论便于设计人员理解脐带缆总体响应特性,选择合适的参数用于脐带缆总体设计.
从船型、环境条件和设计工况考虑,定性地为八角形浮式钻井生产储卸装置(FDPSO)选择等角度分组张紧式系泊系统。以2 000 m水深处环境条件为基础,设计了一套等角度分组张紧式系泊系统,以满足八角形FDPSO的定位要求和系泊线受力要求。与悬链式系统相比,张紧式系泊系统垂向重量小,锚泊半径小,百年一遇海况下一根锚链破损之后FDPSO的水平偏移能够得到有效控制。所提出的系泊系统不但可以满足八角形FDPSO系泊定位的要求,而且可为类似浮体的深水系泊设计提供参考。
以应用于海上的浮式丙烷预冷双氮膨胀液化装置为原型,拟建设一套液化中试装置。为了确定液化中试装置的规模,提出中试装置与原型装置之间宜遵循流程一致性、关键控制方式一致性、运动相似性和流态相似性等四项原则。上述原则中,分析表明,对于除关键控制方式一致性外,流程一致性、运动相似性和流态相似性对中试装置的规模没有直接的影响。为了与原型装置的关键控制方式保持一致,中试装置的设备选型就显得非常重要,其中对于确定规模影响较大的关键设备为制冷剂压缩机,而冷箱、压缩机驱动器、透平膨胀机及丙烷换热器对规模影响不大。因此,建议中试装置中压缩机的型式与浮式天然气液化装置保持一致,冷箱中换热芯体可以考虑采用两台并联的设计方案。
针对由于海底管道支撑结构底部被冲刷掏空而导致的海底管道失效等问题,研究了海底结构物冲刷原理,以冲刷理论分析为基础获得了海床冲刷启动流速.采用FLUENT有限元软件建立海管支撑结构及周围海域的二维紊流模型,真实地模拟了海床上增加支撑结构后的海流变化趋势,获得了增加海底结构物后的海床表面流速,通过与海床冲刷启动流速比对来评估冲刷情况.该评估法在印尼爪哇海域海底管道工程成功应用,是一种实用可靠的冲刷启动评估方法,对国内外海域海底结构的冲刷启动评估工作有借鉴意义.
船用低速二冲程柴油机正不断向长冲程,高爆压,高自动化,高智能化,低能耗,低排放的方向发展.MAN公司为满足市场的新要求,研发设计了ME-B系列柴油机.活塞头作为柴油机内重要的部件之一,其热负荷一直是科研人员研究的重点.ME-B系列柴油机活塞头与以前型号的活塞头相比,结构,尺寸改变较大.使用ANSYS有限元分析软件,以最新型6S50ME-B柴油机活塞头为分析对象,在建立活塞头三维实体模型后求出活塞头在稳态工况下的温度场分布.以求得的温度场为边界条件,求出6S50ME-B活塞头的热应力场,找出活塞头的薄弱点,为进一步优化提供理论支持.
在进行水平式铺设时,柔性管道的上弯段将受到显著的接触荷载,导致管道的挤压失效,从而限制了这种铺设方式所能达到的水深。因此,对柔性管道铺设上弯段的接触荷载进行准确估计具有重要的工程意义。对上弯段接触荷载进行理论研究,推导了简化的计算公式,并采用数值仿真技术研究了铺设工况下影响接触荷载大小的关键参数,以指导柔性管道铺设的上弯段接触荷载的分析,并为铺设设计提供参考。
通过动态仿真技术分别模拟了大回流、逐级回流和末级回流三种回流方式应用在C3/MRC液化工艺中丙烷压缩机的适应性。在此基础上分别添加高压处控制和低压处控制,比较了当改变控制器的设定值时丙烷系统所受到的影响以及控制器的响应速度。结果表明:丙烷压缩机采用逐级回流高压处控制的方式可以满足液化工艺所要求的良好的稳定性与较快的响应速度。
引入了一种多轴疲劳寿命评估方法,并对该方法的疲劳评估流程进行研究.使用该方法联合热点应力法对国际公开发表的250多个疲劳试验数据进行多轴疲劳寿命预测,验证了该方法多轴疲劳寿命预测的精确度.最后使用该方法成功对自升式平台K型桩腿节点进行了多轴疲劳寿命评估,可为提高桩腿节点疲劳寿命预测的准确性提供有益参考.
海洋石油开发依赖大型的浮式起重船(简称浮吊)."海洋石油201"号深水铺管起重船的4000 t浮吊在设计制造上采用欧洲标准,建造总装精度高,难度大,工艺复杂,总装质量直接影响浮吊的运行性能.详细介绍了其总装流程,精密测量,虚拟装配,工装设计,吊装等关键技术,并对此类型浮吊的总装工艺做了进一步探讨.
消防水喷淋系统是海上油气生产设施的重要组成部分,其设计与海上油气生产设施上的供电系统和总体布置等相互影响.海上油气生产设施喷淋系统的喷头选型和管网布置对整个消防水系统的设计和校核影响较大.从理论和实际工程设计角度出发,提出了优化喷头选型和管网布置的方法,以求在满足安全和规范要求的前提下,尽量降低消防水量,减小消防水喷淋系统的规模,节约工程投资.
海管系统由海底管道平管,立管,膨胀弯及相关附属件组成.对于平管及立管都有专门的软件进行分析设计,而相关附属件则一般采用通用有限元软件进行分析.采用ANSYS软件对海管附属件进行分析.根据附属件的实际受力情况建立有限元分析模型,得到附属件应力分布,并根据DNV-OS-F101准则及ASME Ⅷ Div2准则分别对其进行应力校核,判断海管附属件是否满足规范要求,保证附属件的安全运行.同时比较了两种校核准则的异同,为以后的项目提供参考.
聚合物驱在海上平台的应用已超过10年,聚合物驱配套技术已经非常成熟。但是,在工程实施阶段聚合物驱设备规划及与生产设备配伍等方面尚存在问题。根据绥中36-1油田开展的聚合物驱工程,研究出适用于井口平台的聚合物驱设备布置方案,提出增加甲板面积的不同方案,并提出了聚合物驱设备布置的优化方向。
研究了两种不同上升立管结构下的严重段塞流特性,包括严重段塞流发生区域,立管底部压力波动,周期以及液塞长度,并将所得S型柔性立管中气水两相流流型图与典型的严重段塞流流型转变准则进行了比较.实验发现:两种立管结构下严重段塞流流动过程类似,S型柔性立管中的流动比竖直立管中多出压力二次增长过程;与竖直立管中的流动相比,S型柔性立管中流动的周期更长而相对液塞长度较小;S型柔性立管中严重段塞流发生区域比竖直立管中发生区域小.
海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究,进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备.以我国首台海底20m岩芯取样钻机为对象,从稳定支撑与调平技术,钻杆钻具接卸存储技术,遥测遥控与光纤缆高速数据通信技术以及海底钻机的事故安全逃生等方面系统地介绍了钻机的技术特点和海上试验等情况.
不间断电源(UPS)是海洋石油平台供电系统的重要设备,在正常电源及应急电源失效后,满足通信、仪表控制、电气保护、关键机械设备的控制盘或工作站等重要负荷的供电要求。论述了UPS选型计算方法,并以某海洋石油平台UPS选型为例,进行了工程计算。所提出的计算方法简便易行,可用于海洋石油平台的电气设计。
为改善目前国内海洋工程企业材料管理效率普遍低下,信息化水平严重不足的现实情况,通过分析国内外先进的材料管理理论阐述材料管理的意义.以某公司的实际项目为背景,通过实地调研得出企业对于材料管理的需求,针对需求分析进行梳理整合,进而得到系统结构建模,依托Java语言,结合MyEclipse开发环境和Oracle数据库开发出基于"面向服务的体系结构"(SOA)的原型系统.通过对实际项目材料管理全过程的演示验证了系统的合理性和有效性.
随着油田生产对于数据传输的速率和可靠性要求的提高,同步数字体系(SDH)光纤通信网在海上油气田得到了广泛应用。从构网形式与自愈环、帧结构与速率两方面介绍了SDH这种新型光纤通信网技术,并以CFD11项目为实例从系统设计、光纤设计和光端设备设计三方面阐述了设计过程。实践证明SDH是一种符合海上油气田应用要求的光纤通信网技术。
悬链系泊(CALM)系统中的粘接软管是主要的装卸油设施.此类软管主要材质为橡胶材料,通过铺放涂胶织物,缠绕钢丝等加强层,增加其拉伸和弯曲强度.目前,国内海洋工程中对粘接软管的研究和应用较少.通过对CALM系统中两种粘接软管即漂浮软管和水下软管的结构选型,长度和布置形态的研究,提出了软管的结构选型和布置形态的设计方法.最后以水下软管为例进行了静态和动态分析.
针对减少流动损失这一工程问题,通过分析油管悬挂器的结构特点,综合考虑其在水下卧式采油树中的位置和功能,基于阻力系数方法提出了油管悬挂器出油口角度的优化设计方法.同时,采用FLUENT软件对不同出油口角度下的油管悬挂器内部流体流动进行数值模拟,为理论设计方法提供证明和依据.最终得到的理论计算结果和数值模拟结果均表明:出油口角度在11°12°之间时流动损失最小.
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.
水下信息处理平台是隔水管疲劳监测装置的神经中枢,控制疲劳参数检测,信号处理,数据发射,监测设备的休眠与启动等一系列流程.低功耗水下信息处理平台的硬件系统包括低功耗微处理机,高速数字信号处理器(DSP),多种传感器,信号调制与发送电路,电源及其他附件等.为了提高监测设备的服役期限,对"十一五"期间的低功耗水下信息处理平台进行优化设计,增加了存储模块,优化空间布局与程序流程,使得电路板面积大大缩小.优化后,水下信息处理平台的可靠性进一步增强,进而降低了隔水管监测系统的体积和质量,提高了其便捷性和适用性.
针对国内浮式生产储油卸油装置FPSO单点系泊系统进行了系统的综述.分别介绍了悬链式系泊系统(CALM),单锚腿系泊系统(SALM),塔式软刚臂系泊系统(SYS),外转塔式系泊系统(ETM)和内转塔式系泊系统(ITM),并展望了FPSO在我国深水海洋油气资源开发中的应用.
目前我国深水海域处于开发早期阶段,较适合采用既有钻井功能又集成了采油,储油功能的浮式生产钻井储卸油装置(FDPSO),作为独立生产装置,可以大幅降低油田初期开发费用.选取一种新型的八角形FDPSO结构,基于深海环境条件和装载工况,建立整体结构数值模型,依据三维辐射绕射理论和谱分析法计算波浪载荷,确定设计波参数,将设计波载荷传递到整体结构有限元模型,最终得到了总体结构的应力分布规律.研究结果可为我国深远海油气田早期开发的FDPSO结构设计提供理论参考.
近年来水力压裂在西湖低渗储层的应用逐渐增多.开展海上低渗储层压裂效果的主要影响因素研究,对西湖压裂选井选层研究及压裂改造设计具有重要指导意义.通过灰色关联法和模糊曲线法两种数学方法分析了西湖低渗储层压裂效果的主要影响因素,结果表明试验区压裂效果主要影响因素为试井渗透率,表皮系数,地质储量,加砂强度,孔隙度和有效厚度.两种分析方法得到的各影响因素排序位置略有差异,但得出的各因素对压裂效果的影响程度总体趋势一致,因此本研究所确定的压裂效果主要影响因素是合理的.
我国南海东方气田终端可动用的CO2储量相当丰富,如何将这些CO2埋存减排成为很重要的问题.针对东方终端的具体情况,提出了就地陆上或海上埋存与注入涠洲油田或渤海油田提高采收率的四种资源化利用途径,在此基础上提出了四种集CO2处理,液化,输送,储存和埋存为一体的利用方案.针对每种方案,开展了工艺计算,设备选型以及经济分析,模拟结果认为方案一(东方终端就地埋存CO2处理)投资费用最低,但没有经济效益;方案四[渤海NB 35-2附近提高石油采收率(EOR)或提高气体采收率(EGR)]投资费用最高;方案二(东方1-1平台EGR)的投资费用低于方案三(涠洲12-1平台EGR或EOR).EGR/EOR都会产生收益,最终方案的选取还需根据收益进行经济评价分析.
在深水湿式开发应用中,海底管道中间或末端通过跨接管与水下井口或水下管汇连接.带有在线管汇的海底管道的温降曲线是不连续的,类似于把两条普通海管连在一起.有限元计算可以比较准确地预测出膨胀弯位移量,但计算复杂耗时较长.依托工程设计项目,使用解析方法,编程计算出带有在线管汇温降曲线不连续的海底管线的膨胀位移和轴向力.计算方法经过有限元计算的验证和第三方机构审查,适于工程应用.
针对海洋油气井钻井现场对双向减震器研究的缺陷与不足,以及在使用过程中出现非正常失效等问题,根据双向减震器的结构原理以及现场使用情况对其进行失效机理的研究.在此基础上,制定出一系列操作性强的解决措施.结果表明:密封失效,螺纹损坏,心轴与外筒脱落,九头螺纹设计缺陷等问题是双向减震器失效的主要原因,控制人为损坏,预防密封失效,加强各岗位检查,改进九头螺纹结构等方法是解决双向减震器失效问题的重要措施.该研究结论可以有效降低减震器的失效风险,减少故障发生几率,有利于生产提速和钻井安全.
海上钢桩是海洋工程中常见的一种结构,常用于海洋平台导管架,海上风电装置桩基及单点系泊系统锚端等.海上钢桩的安装对整个海上工程的进程及费用都具有重大影响,其中钢桩的海上吊装作业是最重要的一环,对船舶的吊机能力有很大的要求.当钢桩超过一定长度时,倘若吊机无法将钢桩垂直起吊,则需要水平吊装至水下进行扶正.阐述了大直径超长桩的海上吊装水下扶正方案,研究了其中的关键技术难点,并以南海某海域单点系泊系统桩基打桩为工程实例,详细介绍并验证了水下扶正方案的可靠性.该方案可为大直径超长桩的海上安装提供新的思路和途径.
传统清管器在天然气凝析液管道清管作业中存在清管器运行速度过快,清管段塞大等诸多缺陷.为解决传统清管器的这一系列问题,射流清管技术得到了发展.为了分析射流清管器设计及应用过程中需要考虑的因素,利用OLGA 7.2模拟软件建立了海底管道清管模型,对射流清管器旁通率,管道管径,气液比,清管器质量等因素进行了分析,为射流清管器的设计及其应用提供借鉴.
水下生产控制系统的正常运行与通信系统的安全可靠息息相关.采用电力载波通信(PLC)方式,引入集中参数这一概念进行建模,并将南海某水下气田的现场实测RLGC(电阻,电感,电导,电容)参数值代入到系统模型中.使用OrCAD Capture软件进行仿真,得到了信号在不同传输路径下的衰减曲线,分析了影响水下电网背景噪声的因素,最后通过限定误码率,计算了任一传输路径在某一频率下所能达到的极限传输速率.研究结果为水下生产控制载波通信系统设计提供了一种参考方法,有一定应用价值.
研究了双流体模型中加入人工扩散项后不同扩散项系数对模拟的影响.对于竖直管的Water Faucet问题,逐步增加人工扩散系数后非物理振荡完全消除.对于水平管流动病态区域的工况,不采用扩散系数在中等精细度网格上计算的结果同实验比较吻合,但无法得到网格无关解.采用Water Faucet问题确定的人工扩散系数进行计算,水动力学不稳定性被抑制,液塞频率被低估.因此,人工扩散的量随不同流动条件发生变化,需要具体确定.
