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。
基于荔湾3-1气田周边的油气田深水管道情况,分析深水环境因素对管道失效的影响。具体给出三种深水海管失效形式,并提出相应失效模式下的维修方法,着重介绍不同维修方法的维修流程和核心维修工具资源。在此基础上,分析不同方法的优缺点,并探讨它们在荔湾周边的应用可行性。螺栓型管卡维修和连接器在底维修可作为我国深水海管维修的重点发展方向。
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。
稠油热采对完井设计提出了特殊的要求.结合渤海某稠油油田的实践经验,指出了稠油热采完井设计的技术热点,建立了热采井井筒温度剖面分析模型和生产管柱热载荷伸长量的计算方法.分析了不同注热温度和油管保温措施对注热效果的影响,对注热造成的油管,筛管伸长进行了评估,为完井管柱设计采取相关的技术措施提供定量参考.通过算例表明采用保温措施能大大改善注热效果,尤其是在注热温度较高的情况下,保温措施能显著降低沿程热量损失;采用具有低传热保温效果的管柱,可以缓解伸长量增加对井口预留空间的需求.
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.
随着我国陆地及浅海石油和天然气资源的急剧减少,近海油气田勘探已逐渐向1500~3000 m的深海发展,对于能够承受恶劣海洋环境的轻质高强材料的需求迫在眉睫.纤维复合材料由于其质轻高强,耐腐蚀,抗疲劳等特性而成为开发海底油田的最好选材之一,主要应用于非粘结性海洋立管的抗拉铠装层,碳钢管的修复和补强等方面,同时广泛应用于抽油杆及配套系统和系泊系统等方面,为深海油气田的开发提供了可靠的材料支撑.
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.
超大型浮式液化天然气船薄膜型液舱内液体晃荡载荷是一个关键问题.采用实验方法研究纵荡,横荡和横摇下储舱内晃荡荷载的分布规律, 具体包括冲击载荷的时程分析,最大冲击荷载分布规律和其对应的危险载液率.在室内开展大比尺八边形模型液体晃荡实验, 采用阵列式布置压力传感器监测冲击压力的变化及其分布特性.实验结果表明: 60%~70%为最危险载液率, 液舱外形曲率突变的位置冲击压力较大.研究结果可为液舱结构加强设计及分析提供依据.
为了保证海底油气管道安全运营,实现海底油气田安全生产和可持续发展,需要对海底油气管道进行风险评估.根据国外标准规范和工程经验,阐述了评估海底油气管道稳定性风险的技术思路,就危险辨识,后果评估,频率分析和风险矩阵等4个因素探讨了管道风险的评估方法,重点研究了影响海底油气管道稳定性的风险情况和相应的评估准则.最后结合海底管道的特点总结了影响海底油气管道稳定性的危险因素,使用半定量评估法和定性评估法对海底油气管道稳定性风险进行了评估,给出了稳定性风险评估的主要项目和相应的推荐权重值.研究结果对推进我国海底油气管道风险评估技术进步具有一定的参考意义.
海洋软管在海洋油气资源开发中起到关键的作用.由于其耐腐蚀性强,地形适应性好,连续长度长,安装方便等优点,逐渐取代了传统的海洋钢管.国际上已在深水油气田开发中大量使用柔性立管来连接浮式结构与海底生产系统,但在国内还没有深水柔性立管的设计和生产技术.主要针对柔性立管在位工况下的整体性能如何分析来进行系统介绍.将立管参数,环境参数,与立管相连的浮式生产储卸油装置(FPSO)参数,立管造型等作为整体分析的输入条件,利用分析软件,进行静态分析,动态分析,规则波分析和不规则波分析.根据分析结果即可判断柔性立管是否符合应用要求.
目前水下生产系统已经成为开发海洋油气资源的主流模式, 其中水下生产控制系统是水下生产系统的关键组成部分.水下电力载波通信作为水下生产控制系统的主要通信方式之一, 其发展水平直接影响油气田开发的安全稳定和成本.首先介绍了水下复合电液控制系统中电力载波通信的基本原理, 总结了国际标准化技术委员会ISO/TC 67,智能井接口标准(IWIS)和水下仪器接口标准(SIIS)等组织对水下电力载波通信技术的促进作用.其次, 从传输速率,通信距离等技术指标的角度, 回顾了各水下项目中电力载波通信技术的发展历史.最后, 从脐带缆电缆特殊性,系统拓扑结构不确定性和水下增压设备电磁干扰等方面分析了水下环境为电力载波技术带来的特殊挑战.
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.
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.
深水隔水管是海洋油气钻探开发的关键构成, 也是最脆弱,最危险的部件.深水隔水管疲劳监测技术在预防隔水管事故方面具有不可或缺的作用.我国已踏上深水油气钻探开发的新征程, 迫切需要强大的隔水管监测技术作支撑.为此, 介绍了隔水管监测的目的和意义, 探讨了深水隔水管疲劳监测的相关方法, 特别对疲劳参数检测及其传输方法两个关键难题给予足够关注.随后介绍了我国的隔水管疲劳监测技术以及南海试验, 旨在为深水油气钻探开发的安全进行提供技术支持.
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.
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。
排放系统是海上固定平台最重要的系统之一.为防止可燃气在排放管内串通,开式排放管均设有U型管液封装置.由于含砂排放时常规U型管极易堵塞且难于清理,根据液封原理对海上平台U型管液封进行了改进设计,同时设计了新型Y型管液封,更适用于海上平台含砂排放系统.新型Y型管液封装置具有液封和沉砂两个功能,可以有效监测管内沉砂情况,容砂量大,且易于清理.
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.
为了解决海洋平台柴油机能量浪费严重的问题,达到节能减排的目的,开发了一种海洋平台柴油机缸套水余热利用节能技术和一种新型的海洋平台柴油机尾气保温热淡水技术.通过这两种新技术,可以最大化地利用海洋平台柴油机的余热,并且在一定程度上减少尾气排放,在节能的同时也保护了环境.能源问题已经成为当今经济发展中的一个头等重要问题,而21世纪也是海洋的时代,因此,海洋平台柴油机节能技术的开发具有一定的时代意义和现实意义.
为了保证高压油气系统管线能够安全无泄漏投产,高压有毒流体,可燃流体管道在普通强度试验检验完毕后,依据规范要求必须进行泄漏性试验.采用氦氮混合气体作为试验介质对管道进行泄漏试验,利用氦气检漏仪的高灵敏度对泄漏量进行量化,能够精准地完成管道的泄漏检测.
对海洋石油平台钢结构焊接过程中的组对检验,过程监控,焊后外观检验等进行描述.分析了在一些焊接参数失去控制以后可能产生某些缺陷的原因,并强调了几点注意事项,总结出一套采油平台钢结构焊接的质量控制方法.可为保障海洋石油平台钢结构的焊接质量提供有效的参考.
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.
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.