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水上防噴器鉆井的高壓套管隔水管強度分析

發布于:2016-04-08 20:23
強度分析

      目前,適用于深水鉆井作業的水上防噴器,簡稱SBOP,鉆井系統已得到一定程度的應用,作業日費為常規隔水管系統的40%-50%,該系統一般采用X339.7mm,X80鋼級或X406.4mm,Pl10鋼級的高壓套管配合水下斷開系統(SDS)進行鉆井作業。高壓套管起到常規深水鉆井中隔水管的作用,需要承擔深水波流力作用下較大的橫向彎矩。同時由于SBOP鉆井系統的防噴器系統放置水面以上,還需要由高壓套管來承受井控過程中巨大的內壓力。另外,SBOP鉆井系統在高壓套管的上部和下部各采用1個應力短節來緩解應力集中,還需要探討應力節的強度分析
      假設深水SBOP鉆井系統的高壓套管隔水管為線彈性圓管,在外力的作用下僅產生微小變形,忽略內部鉆柱對其抗彎剛度的影響,可以建立深水SBOP鉆井系統高壓套管隔水管理論分析模型,Erl:一隔水管的抗彎剛度, T(x)隔水管有效張力,隔水管單位長度重量,隔水管上的單位橫向波流力,可根據Morison方程和海流力公式計算。為了求解方程,需要附加邊界條件。對隔水管進行力學分析時一般假設隔水管底部沒有橫向偏移,即y1=0。但實際上,在泥線以下導管外徑較小的情況下,隔水管底部將有一定的橫向偏移yr。
      SBOP系統的套管隔水管下部應力節與水下SDS連接處的偏移和彎矩即為下邊界條件。套管隔水管上部應力節與鉆井平臺上的水上BOP相連,認為上邊界條件為鉆井平臺橫向漂移量和上部應力節與水上BOP連接處的彎矩。式中Y-下部應力節與SDS連接處相對于,軸線的橫向偏移,分別為上、下應力節連接處的轉動剛度,上、下應力節連接處的偏移角度,L-套管隔水管長度,S-平臺橫向漂移距離。采用有限差分方法將套管隔水管全長L分為幾等分,分段長為h,可將方程化為由(n-1)個方程組成的差分方程組,采用LU分解法進行求解,可得到套管隔水管各節點的橫向偏移Y,偏移角度、彎矩M,進而可由公式得到套管隔水管的彎曲正應力。
      假設鉆遇高壓天然氣地層時發生井噴,下部井筒和高壓套管隔水管內的鉆井液被頂光并充滿了天然氣,此時關井后套管隔水管內承受的壓力為所有情況中的極限內壓力。P-套管隔水管任意深度的內壓力,Pa-井底天然氣壓力,Ps-鉆遇高壓區深度,H-套管隔水管任意深度,d-天然氣比密度,甲烷為0.554。高壓套管隔水管承受的外擠壓力由管外液體(海水)形成,若以發生嚴重井漏,隔水管內沒有鉆井液考慮,某1200m水深的深水井的基本參數,高壓套管隔水管外徑339.7mm,壁厚14.25mm,其頂部張力比1.3,鉆井船平均漂移36m,水面風力海流流速1.0m/s,潮流流速0.5m/s,波高8m,周期6s,鉆井液密度1.2g/cm3,上部應力節與SBOP連接處的轉動剛度500kN·m/rad,下部應力節與SDS連接處的轉動剛度500kN·m/rad,下部應力節底部偏移為0.01。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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