深海钻井隔水管的研究和开发课件演示(23张)
海上钻井平台隔水管振动特性研究及应用
海上钻井平台隔水管振动特性研究及应用隔水管是海上自升式钻井平台石油钻井的第一个环节，应用三角级数描述用隔水管的挠曲方程，同时根据雷利法（L.Rayleigh）在求得隔水管系统的相对变形以后，由系统的能量平衡求得其振动频率方程，应用这种方法对于我们研究隔水管的振动特性及其对于钻井作业状态的影响，在海洋石油钻井工程中有很重要的指导意义。
通过隔水管振动特性与钻柱横向振动的结合，可以在钻井作业的转速选择上提供参考依据，将钻柱与隔水管的谐振研究与作业安全结合起来，对于统筹管理海上钻井作业有着重要的现实意义。
标签：海上钻井平台;隔水管;挠曲方程;横向振动;固有频率1隔水管振动特性研究意义自升式钻井平台在海上进行钻井作业时，通常在海底泥线钻孔一定深度后下入30”隔水管，由此建立钻井液的闭式循环系统，隔水管施工作业质量关系到该井后续各工序的顺利与安全。
隔水管顶部通过钢索与钻井平台连接固定，泥线以下部分用水泥浆封固。
作业中由于隔水管的振动加上与海流的作用，造成表层钻进时，钻柱与隔水管之间的敲击与振动，以致隔水管的快速接头处发生严重的偏磨，其磨损严重的个别管子接头处，深度竟达到10～15mm之多，由此可见：研究隔水管的横向振动问题，选择合理的钻井参数避免钻具与隔水管之间的谐振，对于我们保护和使用好隔水管，保证钻井作业安全，具有重要的现实意义。
2 隔水管的挠曲变形分析2.1隔水管的挠曲方程数学模型推导我们知道：通常情况下，隔水管在海上使用时，采用先钻孔后下入隔水管再用水泥浆封固的方法，但通常均是隔水管入泥线以下约50m，因此我们可以将底部视为插入的嵌固端，而在隔水管的顶部我们则是在其上部用4只1-3/4”的大顶丝将其顶在钻井平台井口平台的中心，这样就相当于一个上下可以滑动的固支端。
为研究问题方便起见，我们首先沿隔水管的轴线方向建立坐标，为研究问题简便起见，我们暂不考虑隔水管受到的波浪力，仅考虑隔水管受到顶部的轴向力P，可知此时隔水管的挠曲方程，用三角级数方程表示十分简便和快捷，此时的挠度曲线方程为：[1]将上式写成和的形式可得到：由于系数an的增量dan引起的位移增量为：在隔水管柱的轴向方向，轴力P做功为：此时应变能的增量为：由于隔水管质量连续分布，在其上作用有均布载荷q，则均布载荷也要做功。
深水钻井隔水管垂直系统概念设计
58卷增刊1 2017年11月中 国造船SHIPBUILDING OF CHINAVol.58 Special 1Nov.2017文章编号：1000-4882 (2017)S l-0374-06深水钻井隔水管垂直系统概念设计李子丰，宋广明，张洪超(燕山大学石油工程研究所，秦皇岛066004)摘要在深水钻丼作业中，钻柱在弯曲的隔水管柱中运动，与隔水管产生摩擦，既损失了能量，又使作业工具 产生磨损，严重时会引发作业事故。
为此，研究和设计了一种能够使隔水管柱保持垂直的装置__深水钻丼 隔水管垂直系统。
通过不断设计与改进，最终形成了三个设计方案。
对三个方案进行分析比较，选取了一个 最优方案，并对其部分构件进行了初步设计。
深水钻丼隔水管垂直系统，可以使隔水管柱保持垂直状态，有效减少钻柱与隔水管的摩擦和磨损，从而使深水钻井作业更加安全高效。
关键词：深水钻丼；隔水管；垂直系统中图分类号：P75文献标识码：A〇引言随着世界经济的发展，各国对油气的需求量与日俱增，而陆地油气藏量日渐萎缩，因此各国竞相 开发海洋油气资源。
海洋油气开发发端于上世纪40年代，起初多是对500m以下的浅海进行开发，随 着海洋钻探技术的进步，深水钻探开发越来越多，并成为一种趋势。
据估计，海洋石油资源量约占全 球石油资源总量的34%，其中约有90%埋藏在水深超过1000m的海底地层之中，因此深水钻井技术和 装备水平是深海油气勘探开发的关键所在[1]。
我国海域辽阔，拥有更加先进和完善的深海油气开发技 术是我国经济发展的有力保障。
杆管柱是油气钻采作业中的脊梁和神经中枢，是最为重要的入井工具[2]。
同样，在现代海洋工程 结构系统中，隔水管是重要的组成部分，是连接钻井平台和水下井口的关键设施，它不仅可以隔离海 水、建立钻井液循环通道、保护海洋环境，还可以附加各种管线、起下海底防喷器组等[1，3]。
由于隔水 管柱受到复杂海况以及各种钻井工程因素的影响，隔水管会发生弯曲变形和振动，钻柱等在弯曲的隔 水管内运动，与隔水管产生摩擦，既损失了能量，又降低了隔水管和钻柱等作业工具的使用寿命，严 重时会造成隔水管破裂和磨穿，引发严重的作业事故[4_7]。
海洋隔水管基本介绍(ppt 67页)
深 度
-4
（
千 -6
米
） -8
- 10
大
深
海
陆 架大
陆
斜
坡
大洋盆地
马
利
亚
纳
海
沟
12 海洋隔水管
SPE38544
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
12 海洋隔水管
海洋生产设备
12 海洋隔水管
海洋平均深度： 3759m 马里亚纳海沟：11034m 中国东海最深： 2719m
1999年3月中国已在东太平洋拥 有7.5万km2矿区商业开采权。 水深：4800-5300m 平均流速：0.4-0.6m/s，最大流 速：1.7m/s 海底水温：1.5℃
12 海洋隔水管
3 深水隔水管
深水隔水管主要研究内容
3 起下钻过程中隔水管的安全分析 在隔水管出现弯曲时，起下钻或下套管过程中，内部工
具及管柱给隔水管施加影响，使隔水管变形增加，引起失效。 如果下套管及钻柱受阻，内部管柱弯曲失稳，将对隔水管及 海底井口施加侧向力，使隔水管变形过量，并挤压防喷器组， 还会造成钻柱或套管被挤毁事故。
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
导管架平台吊装
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
混凝土平台
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
自升式平台
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
自升式平台钻导管架平台井
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
张力腿平台(TLP)
12 海洋隔水管
1 泥线以上结构
半潜式平台
12 海洋隔水管
4 隔水管安全性综合分析 针对隔水管端部转角、弯曲应力、动态惯性力、与内部
海洋钻井工程技术简介课件
利用海洋丰富的风能资源，建设海上 风电场，为可再生能源产业提供支持 。
海洋波浪能开发
利用海洋波浪的能量，研发波浪能发 电技术，为偏远岛屿和海上设施提供 电力。
海洋科学研究
海洋地质研究
通过钻井获取海底地层样本，研究海洋地质构造、沉积物分布和地球物理特征 。
海洋生物研究
利用钻井技术获取海底沉积物和岩心样本，研究海洋生物群落、生态系统和古 生物遗迹。
包括半潜式和浮式钻井平 台，可在不同水深作业， 灵活性高。
人工岛
在近岸浅水区建造的人工 岛屿，用于支持钻井作业 。
海洋钻井设备与工具
钻机
泥浆泵
井口装置
防喷器
用于破碎海底岩层，形 成钻孔。
将钻屑从钻孔中排出。
用于控制和密封钻孔的 设备。
在钻井过程中控制井内 压力，防止井喷。
海洋钻井工程设计
地质勘探
智能化与自动化
自动化钻井系统
通过自动化控制系统，实现钻井设备的远程监控和操作，减少人 工干预和操作风险。
智能化钻井决策支持系统
利用人工智能技术，开发智能化的钻井决策支持系统，提供实时钻 井优化方案和风险预警。
智能化钻井装备
研发智能化的钻井装备，如智能钻头、智能稳定器等，提高钻井过 程的稳定性和安全性。
海洋钻井工程技 术简介
目录
• 海洋钻井工程概述 • 海洋钻井工程技术 • 海洋钻井工程应用 • 海洋钻井工程挑战与解决方案 • 未来海洋钻井工程技术展望
01
海洋钻井工程概述
海洋钻井工程定义
01
海洋钻井工程是指利用钻井技术 ，在海洋环境中进行石油、天然 气等资源的勘探和开发的过程。
02
海洋钻井工程涉及多个学科领域 ，包括地质学、地球物理学、海 洋工程学、石油工程学等。
海洋钻井隔水导管施工ppt课件
一、隔水导管的尺寸及作用
隔水导管普通为大直径36寸〔914.4mm〕、33.5寸 〔850.9mm)、30寸〔762mm〕、20寸〔508mm〕，厚壁 45mm、30mm，圆管。其作用有抵抗冰凌堆积，隔离地表 流沙层，支撑井口套管头、BOP满足井控要求以及后期采 油树的安装。渤海海域平均水深28m，隔水管下深83m
吊1号套管上钻台，吊车操作一定平稳，专人指挥。 套管送到位后，上提气绞车，吊卡扣合后插销子，然后拆 气绞车吊吊卡的绳套。游车起到适宜的位置，然后推绳套 和卸扣衔接吊卡，衔接好后游车上提，吊车渐渐下放，等 摘前端绳套。摘后绞车和吊车同时上提，当套管下端高于 钻台面时，绞车刹住，吊车开场缓慢下放，套管渐渐垂直 后，快速下放吊车大钩到适宜的位置刹住，以便摘绳套。
砸隔水导管要留意居中问题，否那么就会将引导 安装或导管砸裂，要有备用品。
⑤ 侯凝期间做简易井口，6小时后，在转盘下平面处切割 导管。
〔二〕砸隔水管 ：
浅海区域也可以在钻井平台未上之前经过气 〔液压〕锤设备，提早将隔水导管直接砸入泥面到 设计深度，普通用在丛式、批钻井组，减少因井间 距小，钻导管容易倾斜和井眼冲刷过大带来固井窜 槽等方面的问题。
通常砸导管不算开钻时间，但进尺计入井深； 钻隔水管记录实效，应算开钻。
绳套解开以后，水手班预备吊第二根套管上钻台。司 钻下放游车套管入转盘时要缓慢。同时钻台用气绞车把第 二个850mm吊卡放到坡道前。当吊套管的吊卡放到盘面以 后，摘卸扣。
吊车送第二根套管上钻台，扣吊卡穿销子，摘绳套。
操作同上。第一根套管衔接处，派专人给套管衔接处抹油， 并上好密封圈、卡簧。在公扣处有一个圆柱标志，用粉笔 标清楚，以便对扣。
上提第二根套管高于转盘上套管高度时刹住。吊车缓
海底管道PPT教案
锚杆将管道与岩盘基础锚固在一起
第34页/共40页
稳定压块的设计与计算 当稳定压块在管道上连续盖压时，它的重量 （单位长管道上的压块水下重量）可为
KV FL NBP
Q01
K
H
FI
FD
FL
N BP
取二者之最大值
第11页/共40页
J-Lay
• J形铺设方法：适用于深海（≤1500m）大管径管 线的铺设。需要J式托管架，托管架上必须有张 紧器。
第12页/共40页
Reel-Lay
• 卷盘式铺设方法：适用于深水区的小管径管线的 铺设。
第13页/共40页
压力; 温度; 海浪; 海流; 海床; 风; 冰;
第37页/共40页
马鞍形稳定压块
各种马鞍形稳定 压块，根据断面 形状不同有如下 几种：例如，矩 形、梯形，拱形 等等。
坡侧方向的阻力 小，稳定性好
第38页/共40页
本章小结
海底管道强度设计的内容之一是对波、流情况出 估计，以此选出管道各项参数；
波浪参数有波速、波长、波高； 常见的波浪理论有：Airy波、Stokes二阶、三阶、
海底管道
会计学
1
内容
海底管道工程的特点 海洋平台、铺管船及铺管方式 载荷条件 海底管道的相关标准和规范 海底管道的结构形式 结构设计中的难题
第1页/共40页
海底管道工程的特点
• 施工投资大：铺管船、开沟船和10余只辅助作业 的拖船组成的庞大的专业船队等
• 施工质量要求高：维修困难 • 施工环境多变：海况变化剧烈、迅速 • 施工组织复杂：管道的预制，船队的配件、燃料
深水钻井隔水管动力特性及涡激振动响应实验与理论
由于深海环境的复杂性和不确定性，隔水管的性能和质量对于整个钻井作业的成败 具有至关重要的影响。
深水钻井隔水管的背景和历史
深水钻井技术是随着石油工业的发展而逐步发展起来的，隔水管作为其中的重要设备之一， 也经历了从传统材料到高性能材料、从简单结构到复杂结构的演变过程。
涡激振动理论
当流体流经隔水管时，可能会产生涡旋脱落，进而引发隔 水管的振动。涡激振动理论可以预测这种振动行为的频率 和幅度。
数值模拟方法
通过数值模拟，可以对基于流体动力学的理论模型进行求 解，预测隔水管的动力特性及涡激振动响应。
基于结构动力学的理论模型
结构动力学基础
深水钻井隔水管具有复杂的结构，包括管体、加强筋和连接部分等 。基于结构动力学的理论模型可以描述这些结构的振动特性和响应 。
03
涡激振动响应实验
实验设计
实验目的
研究深水钻井隔水管的涡激振 动响应特性，探究不同因素对 振动响应的影响，为优化隔水
管设计提供依据。
实验模型
根据实际隔水管尺寸和结构，设计 制作一定比例的简化模型流等自然环境条件下的深水 海域进行模拟实验。
实验过程和数据分析
设计参数对动力特性的影响
风浪流等环境条件
01
风浪流等环境条件对隔水管的动力特性产生显著影响，包括频
率、振幅和相位等参数。
隔水管结构形式
02
不同结构形式的隔水管具有不同的动力特性，如柔性隔水管具
有较好的频率响应，刚性隔水管则具有较好的振幅响应。
连接方式与接头类型
03
连接方式与接头类型对隔水管的固有频率和阻尼比等动力特性
深水钻井隔水管＂三分之一效应＂的发现——基于海流作用下深水钻井隔水管变形特性理论及实验的研究
王 国荣 黄 鑫 石 晓 兵 付 强 柳 军
（ １ ．中 国海 洋 石 油 总 公 司 ； ２ 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室）
摘 要 深 水 钻 井 隔水 管是 连接 平 台和 水 下 井 口的 关键 设 施 ， 其 在 海 水 中 既 受 到 海 流 等 海 洋 环境 的影响 ， 同时 也 受到 各 种 深 水 钻 井Ｚ － ． 程 因素 的 影 响 。深 水 钻 井 隔 水 管 的 受 力 和 变形 规 律
深 海 环境 中海 流 类 型大 多 为 剪切 流 ， 因此 研究 真 实剪 切海 流作 用下 隔水 管 的形变 特性将 对 隔水 管 的设 计 、 张 紧力 的优 化 、 浮力 块 的配 置 、 钻 井 参数 的
优选 等 具有 更加 重要 的指 导意 义 。笔者 以理论 模 型
是 均 匀来 流下 的立 管 涡 激 振 动 特 性 ， 且 没 有 考 虑 钻 井 工况 。此 外 ， 国外 学者 采用 最小 势 能原 理 ， 通 过建
管形 变 特性 研 究 ， 在 实验 研 究 中 以“ 海洋石油 ９ ８ １ ”
＊国 家 自然 科 学 基 金 “ 基于钻井系统动力学的深海钻井升沉补偿系统机理研究（ 编号 ： ５ １ ２ ７ ４ １ ７ １ ） ” 、 国 家科 技重 大专 项 “ 大 型 油 气 田及 煤 层 气开发——海洋深水工程重大装备及配套工程技术 （ 编号 ： ２ ０ ０ ８ Ｚ Ｘ０ ５ ０ ２ ７ 、 ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ２ ７ ） ” 部分研究成果 。 第 一 作 者 简 介 ：周 守 为 ， 男， 中国工程院院士 ， 教授级高级工程师 ， 海洋石油开发工程专家。
第十一章 海上隔水管
第十一章海上隔水管第一节海上隔水管简介海上隔水管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管，是在钻井作业时隔绝海水、循环泥浆的安全通道，上接导流器，下连防喷器，是一组重要的水下钻井装备。
在海上石油的勘探中，钻井隔水管是整个钻井系统中重要而又薄弱的环节，是影响海上钻井安全的重要因素。
因此隔水管的稳定性对于整个石油的勘探、开采起着重要的作用。
（一）海上隔水管系统主要功能如下：a．隔开海水，提供井口与钻井船之间的液体传输的通道：1）正常钻井条件下，在隔水管环空内。
2）当BOP组正用于井控时，通过节流和压井管线。
b．支撑节流、压井及辅助管线；c．把工具导向井内；d．作为BOP组的送入和回收管体。
（二）海上隔水管特点：•工况多变；•操作频繁；•深水对钻井隔水管的作用效率与安全有重要的影响；•其安全性与钻井过程及钻井参数密切相关。
（三）深水隔水管特点：•结构更为复杂；•隔水管设计时所考虑的主要因素不同；•受力状态更加恶劣和复杂，动态响应更为明显，动态分析时与浅水也有很大的不同；•操作时间长，导致非钻井时间变长，容易出现操作不当导致结构损伤（四）海上隔水管的失效形式：1、隔水管灾难性破坏2、隔水管爆裂3、隔水管塌陷（静水压溃）4、涡激振动导致开口破坏5、隔水管最下部接头处（LMRP上部）断裂6、隔水管磨损第二节海上隔水管系统组成及工作原理（一）隔水管系统的组成（二）海上隔水管系统配套设备1、卡盘（液压连接装置）隔水管液压上紧装置放在转盘上，当提起隔水管和连接隔水时，将隔水管柱和BOP组件坐在盘上，卡盘内径和转盘内径相同。
其主要作用在于夹紧水管，便于快速连接和拆卸隔水管接头。
隔水管万向节隔水管万向节放在转盘和卡盘之间，能够支持卡盘、整个隔水管柱和BOP组件的重量，其作用类似于伸缩接头，可以补充由于海流产生的隔水管偏移，便于隔水管连接。
2、分流器(转喷器）当穿过30英寸套管进行井口钻井时，如有必要，可采用隔水管，使用重泥浆，以提供过平衡。
深海钻井隔水管的研究和开发(ppt 23页)
隔水管性能要求的标准:
1. API Spec 5L 《管线管规范》 2. DNV-OS-F101 《海底管线系统》
是深海钻井隔水管设计的基础 也是其余几个设计标准的基础
3. DNV-OS-F201 《动态立管》
4. API Spec 16F 《海洋钻井隔水管设备规范》
5. API RP 16Q 《海洋钻井隔水管系统设计、选择、操作和维护的推荐做法》
1、深海钻井隔水管的研究背景
国际上众多石油公司已将开发重点转移到深水区域。如墨西哥湾、 巴西、西非与北海周边地区等，我国南海也有丰富的油气资源。
深海油气田开采环境十分恶劣，开采难度大、风险高，海水腐蚀、 浪涌、洋流环境、海洋涡激振动和深水压力等对深海钻井装备提 出了严格的要求。深海钻井隔水管系统就是最关键的组成部分。 深海钻井隔水管技术仅掌握在美国、挪威、日本等国，如INTEC、 Saipem、JP Kenny、Technip、MCS、2Hoffshore公司。
MR-6H SE曾获得2007年美国OTC奖；
卡扣式的固定连接方式，能实现快速 和便捷的连接，结构简单且质量轻；
能适用于深海环境下的钻井作业。
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
4、深海钻井隔水管的性能要求
隔水管事故的严重影响:
1. 钻井船、海底装备和油井将受到破坏，造成巨大的经济损失； 2. 钻井液的泄漏以及石油的泄露，造成环境的严重污染。
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
5、深海钻井隔水管设计与生产
深海钻井隔水管系统设计的影响因素
水深 波浪 海流
环 境 因 素
机理研究
作 业 因
素
浮力块分布 钻井液密度 涡激的抑制 悬挂的模式 钻井的载荷
海洋钻井隔水管张力器控制系统研究
海洋钻井隔水管张力器控制系统研究作者：李宇来源：《科学与财富》2018年第19期摘要：海洋钻井隔水管张力器是浮式钻井装置上的一种关键设备，用于提升隔水管、消除隔水管重力、为伸缩节提供结构性支持、保证隔水管的正常工作并消除浮式平台或钻井船相对于钻井隔水管的升沉运动。
其中，为提高张力器对波浪垂荡运动的及时性，张紧装置中的监控控制系统至关重要，对保持隔水管受恒定张力、张紧器的运动行程以及张紧能力有重要的影响。
海洋隔水管张力器主要有钢丝绳式和液压缸直接式（DAT）2种，不同类型张紧装置的控制系统也有不同，滑轮钢丝绳技术比较成熟，适用于安装在半潜式钻井平台中钻井模块的四周，直接液缸式张紧器制造难度大，技术先进，全球仅有一两家公司具备制造能力，本文就两种张紧器的控制系统分别探讨其控制原理、控制方式、控制系统关键技术等问题。
关键词：隔水管；张紧系统；控制系统；监测响应海洋钻井隔水管张紧器的技术革新随着半潜式钻进平台的技术发展而发展的，隔水管张紧器国内研究还处于起步阶段，现有宝鸡石油机械有限公司、中国石油大学以及上海708研究所等单位研究，其设计和制造主要被NOV、CAMERCON、MH、CONTROL FLOW等西方少数公司掌握。
1滑轮钢丝绳隔水管张力器控制系统被动补偿式张紧器的控制系统是基于液缸下的控制模块，在对张紧器活塞运动数据进行现场信息监控收集条件下，通过对比钻井平台升沉运动，经过人机界面HMI和逻辑控制单元SLCU对其控制操作。
所采集的信号是由布置于抗反冲监控单元的位移传感器、线绳式位置传感器、气源监控单元的传感器以及钻井平台的升沉运动单元的速度位移传感器进行实时收集，然后在CPU的每个脉冲周期，由SLCU对张紧器活塞位置和升沉运动单元发出坐标询问信号，处理传递过来的信号，以判断系统的状态。
如图1所示，是张紧器的监测控制组成图。
被动式补偿隔水管中对张紧力的控制可以采用间接张力控制法，又称补偿控制，它通过对影响张力稳定的参数的调节补偿可能出现的张力变化，间接地保持张力稳定，即只给定张力设定值，不用检测器采集张力的实际值，对张力不形成闭环控制，而是通过对被控机即驱动电机的电流或励磁电流的控制来间接对张力进行恒定控制，从而使电动机力矩保持不变，保证被卷取产品的张力恒定。
深水钻井隔水管设计方法及其应用研究
《深水钻井隔水管设计方法及其应用研究》2023-10-27contents •引言•深水钻井隔水管设计基础•深水钻井隔水管设计方法•深水钻井隔水管应用研究•结论与展望•参考文献目录01引言研究背景与意义深水钻井是海上油气开发的重要技术手段，而隔水管是深水钻井的关键装备之一。
深水钻井隔水管设计不当会导致钻井效率低下、钻井成本增加，甚至引发安全事故。
因此，开展深水钻井隔水管设计方法及其应用研究具有重要的现实意义和理论价值。
研究目的建立深水钻井隔水管设计方法，提高隔水管的设计水平和钻井效率，降低钻井成本和风险。
研究方法通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对深水钻井隔水管进行设计和优化。
研究目的和方法02深水钻井隔水管设计基础深水钻井隔水管是一种用于深水钻井工程的设备，其主要功能是隔离海水和淡水，以保护钻井设备不受海水腐蚀和盐分影响，提高钻井效率。
深水钻井隔水管的材质通常为高强度钢或其他合金材料，其结构包括管体、连接件、密封件等部分。
深水钻井隔水管概述深水钻井隔水管设计原理深水钻井隔水管的设计原理主要包括力学性能、水力学性能、环境适应性等方面的考虑。
水力学性能方面，隔水管需能够承受海水和淡水的压力和流速，因此需要对其水流阻力、耐磨性、耐腐蚀性等方面进行优化设计。
力学性能方面，深水钻井隔水管需承受各种外力和内部压力，因此需要对其强度、刚度、稳定性等方面进行详细设计。
环境适应性方面，深水钻井隔水管需在深海环境下工作，因此需要对其耐低温、耐高压、耐腐蚀等方面进行特殊设计。
深水钻井隔水管设计标准深水钻井隔水管的设计标准主要包括国际标准、行业标准和企业标准三个层次。
国际标准方面，主要包括ISO、API等国际组织制定的相关标准。
行业标准方面，主要包括中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司等石油行业组织制定的相关标准。
企业标准方面，主要包括各石油公司的企业标准，如中石油、中石化的企业标准等。
03深水钻井隔水管设计方法利用遗传算法进行优化，以隔水管的结构参数为优化变量，以实现最优的力学性能和使用寿命为目标函数，通过优化得到隔水管的最优设计方案。
深水钻井隔水管可靠性研究
个钻 井 平 台的安 全 。建 立 了深 水 钻 井 隔水 管 连 接 模 式 和 悬 挂 模 式 下 的 力 学 分 析 模 型 ． 识 别 了 隔水 管 系统 在 不 同作 业模 式 下 的
■ ■■●■■
陈 冲 国 国 海
深水钻井 隔水 管可靠性研 究
姗
明 刘 大 学 海 究 完 总
锻
摘
要 深 水钻 井 隔水 管 是 连接 海底 井 口和 钻 井 平 台 的 重要 部 件 ，其 主 要 功 能是 提 供 井 口 防喷 器与 钻 井 平 台之 间 的 泥 浆往 返
许
限制 准 则 ； 分别 进 行 了连接 下放 与 回收 作 业 窗 口、 硬 悬 挂作 业 窗 口和 软 悬 挂作 业 窗 口分 析 ， 并 建 立 隔 水 管 系统 作 业 可 亮作 业 窗 口、
靠性分析方法； 以隔 水 管 疲 劳 为研 究 对 象 ， 介 绍 隔水 管 波 激 疲 劳 和 涡 激 疲 劳 分 析 方 法 ． 建 立 隔水 管 综 合 疲 劳寿 命 及 其 可 靠 性 分
ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｅ ｐ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉｌ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｒ ｓ ｅ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ｎｇ ａ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ． ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｃ ｉ ｒ ｔ ｅ ｉｏ ｒ ｎ ｓ ｆ ０ ｒ ｉ —
深水钻井隔水管的应用及其发展
域进 行作业 . 在深 水 钻 井作 业 过 程 中 , 常会 遇 到 天然 气 水 经
经 为 P ie Itr ain l公 司 制 造 了 2套 系 统 , r nen t a d o
P ie Itrain l公 司 已 经 在 P ie Afi 和 r n en t a d o r ra d c
LAN n — o HANG —i Ho g b ,Z Yu l n,JAN h-u I Z i n,XU h o h i j Z a — u
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Ab t a t sr c :Be a e mor i a a r e uie ha twa c us e o l nd g s a e r q r d t n i s,p op e be n t x o e a veo e l gi o e pl r nd de l p n w i- e d i e p wa e n lr e p wa e r a The d iln ie s t m p r a o li e o lf l n d e t r a d u t a d e t r a e . i rli g rs r i he i o t ntt o n d iln rli g,b h r dii na rli ie s ma e u fc sn utt e ta to ld i ng rs r i d p o a i g,a d i c n n pp i d t e p l n t a otbe a le o d e wa e nd u t a de p wa e rli g. So s ve a w d e t r drli g rs r s t m s ha e b e t ra lr e t r d iln e r lne e p wa e i n ie ys e v e n l s ud e nd a le o d ilt e de p wa e ls Fe t r s o h s y t ms a e t e c oa n t id a pp i d t rl h e t rwe l. a u e ft e e s s e r o r du e l d o
海底管道工程01概论PPT课件
25
中国海洋大学 海工系张兆德
1.4.1 海底管线的设计步骤
1调查现场水下地貌； 2确定海域的波浪气候； 3按照相应的波浪理论，估算海底流速； 4取得有关潮流数据； 5取得回填的沉积物资料； 6确定有没有因波浪和潮流而产生的沉积物迁移
现象； 7考虑在暴风雨作用下，管线周围土壤是否液化； 8确定管线埋深，选定回填材料及回填高度； 9石块压覆或锚固管线，可以减少管线的埋深。
2004级船舶与 海洋工程专业
海底管道工程
海洋工程系
1
海底管道工程
课程概况
本课程为船舶与海洋工程专业学生的必修 课程。主要任务是使同学们了解海底管线 的环境影响因素与管线的设计原理。其目 标是使学生们具有从事海洋工程设计、施 工和管理等工作的专业知识，并为深入学 习和研究打下良好基础。
学时34,学分2 考试形式：笔试，闭卷
14 外压与设计外压：管道外部的压力为外压。设 计外压是指管道任一点最大外压力与最小内压力 之差。
15 试验压力 施工完成后或适当运行后，施加于 管道、容器和各种部件上的规定的压力。
16 强度试验压力 为进行强度检验施加的数值大 于试验压力、而且持续时间短的压力。
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第1章 概论
1.4 海底管道的设计内容
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1.2.3 确定海底管道线路的原则
1.要满足生产工艺和总体规划的要求； 2.使线路和起点至终点的距离最短最合理； 3.线路力求平直，尽量避免深沟、礁石区、活动
断层、软弱滑动土层和严重冲刷或淤积。
4.尽量避开繁忙航道、水产捕捞和船舶抛锚区。 5.长输管道与海底障碍物的水平距离不小于
500m,距其它管道或电缆不小于30m，交叉时垂 直距离不小于30cm。 6.管道的登陆点极为重要，它与岸坡地质地貌、 风浪袭击方位、陆地占地面积和施工条件等因素 有关。
深海钻井隔水管的研究和开发课件演示(23张)
深海钻井隔水管随机非线性动力响应分析
随机载荷作用下深海 钻井隔水管动态响应
悬挂模式深海钻井隔 水管轴向动态响应
深海钻井隔水管波致长期疲劳分析
波致疲劳
深海钻井隔水管疲劳寿命预测
深海钻井隔水管的设计验证和最终确定 ——借助有限元模拟软件
载荷分析 应力分析 极限设计 尺寸结构 管沙作用
成型工艺设计 焊接工艺设计 防腐工艺设计 无损检测工艺 安装工艺设计 组织性能验证
研究结果表明：采用涡激抑制设备可以使隔水管涡激疲劳减80%以上，但是无论采用何 种涡激抑制设备都将会引起隔水管作业更困难，显著降低隔水管下放与回收速度。
螺旋轮铁式涡激抑制设备
减震器式涡激抑制设备
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
5、深海钻井隔水管设计与生产 深海钻井隔水管生产的主要方法有两种： 无缝钢管 和 直缝埋弧焊钢管
深海油气田开采环境十分恶劣，开采难度大、风险高，海水腐蚀、 浪涌、洋流环境、海洋涡激振动和深水压力等对深海钻井装备提 出了严格的要求。深海钻井隔水管系统就是最关键的组成部分。 深海钻井隔水管技术仅掌握在美国、挪威、日本等国，如INTEC、 Saipem、JP Kenny、Technip、MCS、2Hoffshore公司。
MR-6E隔水管
MR-6H SE和MR-6E钻井隔水管
Aker Kvaerner公司设计； 接头上、下两层拨盘式的法兰等 分凸凹扣压入后旋转定位安装， 可快速装卸 ； 内螺纹部件对接焊在主管上端并 设圆凸缘可承受载荷；外螺纹部 件对接焊在主管下端有密封缘 ； 设计满足API 16R的要求。
GE-Vetco Gray公司设计和开发的；
浮力块的配置形式主要有两种方案：
（1）所有的隔水管单根均配置浮力块； （2）隔水管系统的下部不配置浮力块。
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6. ISO 13628-7/API RP 17G
7. 《石油和天然气工业水下才有系统的设计与操作.第7部分 完井修井隔水管系统》
8. 7. SY/T 10037 《海底管道系统规范》
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
4、深海钻井隔水管的性能要求
隔水管集合尺寸及性能的具体要求:
根据API 5L和DNV-OS-F101：
深海钻井隔水管主要结构:
• 卡盘/万向节
• 分流器
• 上部挠性接头
隔 水
• 伸缩节
管
• 隔水管短节
• 填充阀
闹
• 隔水管母管
型 接
• 节流与压井管线
头
• 液压管线
填
• 钻井液增压管线
充 阀
终
• 浮力块
端
• 终端接头
挠
接 头
• 下部挠性接头
性
• 底部隔水管总成LMRP
接 头
• 井口防喷器BOP
• 隔水管接头
我国的研究开发起步较晚，深海钻井隔水管技术基本处于空白。开 发深海钻井隔水管，不仅在世界范围内有着广阔的市场前景，对我 国东海和南海的油气田开发具有重要战略意义，已经成为亮点。
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
2、深海钻井隔水管的结构组成
卡盘
万向节
与分流 器连接
与强紧 器连接
伸 缩 节
MR-6H SE曾获得2007年美国OTC奖；
卡扣式的固定连接方式，能实现快速 和便捷的连接，结构简单且质量轻；
能适用于深海环境下的钻井作业。
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
4、深海钻井隔水管的性能要求
隔水管事故的严重影响:
1. 钻井船、海底装备和油井将受到破坏，造成巨大的经济损失； 2. 钻井液的泄漏以及石油的泄露，造成环境的严重污染。
深海钻井隔水管的研究与开发
中国·北京 2011年7月
主要内容
深海钻井隔水管的研究背景 深海钻井隔水管的结构组成 国外典型的深海钻井隔水管 深海钻井隔水管的性能要求 深海钻井隔水管设计与生产
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发源自1、深海钻井隔水管的研究背景
国际上众多石油公司已将开发重点转移到深水区域。如墨西哥湾、 巴西、西非与北海周边地区等，我国南海也有丰富的油气资源。
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
5、深海钻井隔水管设计与生产
深海钻井隔水管系统设计的影响因素
水深 波浪 海流
环 境 因 素
机理研究
作 业 因
素
浮力块分布 钻井液密度 涡激的抑制 悬挂的模式 钻井的载荷
定性定量评价
深海钻井隔水管（准）静态性能综合研究
深海钻井隔水管响应参数敏感性与响应预测模型
隔水管性能要求的标准:
1. API Spec 5L 《管线管规范》 2. DNV-OS-F101 《海底管线系统》
是深海钻井隔水管设计的基础 也是其余几个设计标准的基础
3. DNV-OS-F201 《动态立管》
4. API Spec 16F 《海洋钻井隔水管设备规范》
5. API RP 16Q 《海洋钻井隔水管系统设计、选择、操作和维护的推荐做法》
影响隔水管设计的主要因素: 环境因素和作业因素两大类
深海钻井隔水管的主要材料是 API 5L X80管线钢，需满足：
最小屈服强度 555MPa 最大屈服强度 705MPa 最小抗拉强度 625MPa 最大抗拉强度 825MPa 屈强比最大值 0.93 延伸率最小值 21% CTOD最小值 0 oC时0.20mm
进行ECA工程临界分析、疲劳寿 命预测、静水压爆破试验等验证 其可靠性。
深海钻井隔水管随机非线性动力响应分析
随机载荷作用下深海 钻井隔水管动态响应
悬挂模式深海钻井隔 水管轴向动态响应
深海钻井隔水管波致长期疲劳分析
波致疲劳
深海钻井隔水管疲劳寿命预测
深海钻井隔水管的设计验证和最终确定 ——借助有限元模拟软件
载荷分析 应力分析 极限设计 尺寸结构 管沙作用
成型工艺设计 焊接工艺设计 防腐工艺设计 无损检测工艺 安装工艺设计 组织性能验证
MR-6E隔水管
MR-6H SE和MR-6E钻井隔水管
Aker Kvaerner公司设计； 接头上、下两层拨盘式的法兰等 分凸凹扣压入后旋转定位安装， 可快速装卸 ； 内螺纹部件对接焊在主管上端并 设圆凸缘可承受载荷；外螺纹部 件对接焊在主管下端有密封缘 ； 设计满足API 16R的要求。
GE-Vetco Gray公司设计和开发的；
隔水管（准）静态性能分析:
载荷分析 应力分析 极限载荷制定 隔水管的结构设计
隔水管的非线性动力学分析:
时域和频域分析 确定性和非确定性
（规则波和不规则波）
线性和非线性波浪理论 LMRP和BOP脱离后的 悬挂模式影响轴向动态 波致疲劳性能的分析
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
5、深海钻井隔水管设计与生产
深海油气田开采环境十分恶劣，开采难度大、风险高，海水腐蚀、 浪涌、洋流环境、海洋涡激振动和深水压力等对深海钻井装备提 出了严格的要求。深海钻井隔水管系统就是最关键的组成部分。 深海钻井隔水管技术仅掌握在美国、挪威、日本等国，如INTEC、 Saipem、JP Kenny、Technip、MCS、2Hoffshore公司。
3、国外典型的深海钻井隔水管
HMF型法兰式隔水管
符合API 16R标准中的D、E、G和H 级别要求 ； 接头衬套采用不同直径的台阶式的结 构，简化连接，能快速、准确装卸； 能承受大工作载荷，使用于深海钻井 条件； 法兰椭圆形的圆弧过渡，既保证了强 度也减轻了质量
Cameron公司LoadKing隔水管系统
法兰式连接，隔水管连接强度大适 用于3048m或以上的深海钻井 ；
接头的上、下法兰结构相同，可互 换简化了安装； 接头的法兰间采用内衬套，既起到 密封的作用也延长法兰使用寿命；
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
3、国外典型的深海钻井隔水管
MR-6H SE隔水管
CLIP卡箍连接式钻井隔水管
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发
2、深海钻井隔水管的结构组成
深海钻井隔水管主要作用:
隔离油井与外界海水； 钻井工作液的循环； 安装水下防喷BOP系统； 支撑各种控制管线；
•节流和压井管线 •泥浆补充管线 •液压传输管线
钻杆、钻井工作从钻台到海 底进口装置的导向；
深 海 钻 井 隔 水 管 的 研 究 与开 发