深海钻井立管概念设计与分析

摘要

陆地油气产量的日益减少和海洋油气开发的日益成熟，使得全球的海洋石油工业正在更深的海域建造生产开发设备，广泛采用新兴技术并极大的促进现有技术的发展，这是海洋石油和天然气工业发展的总趋势。
　　 不管海洋油田开发采用何种浮式方案，都需要使用立管系统，它是海洋基础结构的关键组成部分。海洋钻井是海洋油气开采的第一步，而海洋钻井立管是海洋石油天然气勘探开发的关键技术装备。钻井立管的设计直接影响到钻井船设计和海洋油田开采计划。开展深海钻井立管技术研究，掌握深海钻井立管系统设计技术，对提升我国深海油气勘探开发能力具有重要意义。
　　 本论文阐述了深海钻井立管的技术特点，以钻井船为背景，研究中国南海特有的海况数据，根据钻井立管设计有关标准及分析方法，对钻井立管进行概念设计和分析工作，并对不同方案进行比较研究，确定最佳设计方案。主要有以下几项工作：
　　 1、调查研究南海环境条件，考虑南海特有的内波影响，计算南海海流流速及土壤P-Y曲线等环境数据；
　　 2、根据规范和理论计算，进行钻井立管初步方案设计，包括计算钻井立管壁厚及确定材料等；
　　 3、应用ABAQUS有限元软件对钻井立管系统整体建模，进行总布置方案研究，确定各组件性能数据。并研究比较多种设计方案，选择性能最为优良的方案：
　　 4、应用涡激振动专用软件SHEAR7分析钻井立管涡激振动，计算涡激振动疲劳损伤，预测疲劳寿命，确定是否需要安装涡激振动抑制装置。
　　 5、调查研究国内外钻井设备市场现状，为钻井立管系统选择设备并对钻井立管系统国产化进行展望。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 海洋油气开采现状

1.2 海洋立管系统

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究内容

第2章 海洋钻井立管力学分析及环境载荷

2.1 海洋钻井立管受力

2.2 力学分析方程

2.3 海洋环境载荷

2.3.1 Morison公式

2.3.2 波浪载荷

2.3.3 海流载荷

2.3.4 土壤数据

2.4 立管设计规范

2.5 本章小结

第3章 海洋钻井立管系统设备选型

3.1 海洋钻井立管

3.2 钻井立管工况

3.3 设备选型原则

3.4 各组成设备功能和选型

3.4.1 张紧器系统

3.4.2 伸缩节

3.4.3 水面分流器系统

3.4.4 钻井立管单节

3.4.5 下部立管组件(LMRP)

3.4.6 柔性接头和球接头

3.4.7 柔性压井和节流管线

3.4.8 立管收放设备

3.4.9 立管支撑的压井/节流和辅助管线

3.4.10 浮力设备

3.4.11 其他

3.5 市场分析及国产化展望

3.6 本章小结

第4章 深海钻井立管系统初步设计

4.1 相关规定

4.2 基本设计参数

4.3 钻井立管材料选择

4.4 钻井立管壁厚计算

4.4.1 确定尺寸

4.4.2 计算准则

4.4.3 初步计算结果

4.5 本章小结

第5章 深海钻井立管系统总布置研究

5.1 基本布置方案

5.2 有限元模型

5.3 钻井立管校核标准

5.4 钻井立管强度校核

5.5 顶张力对钻井立管变形和载荷的影响

5.6 浮力块布置对钻井立管整体性能的影响

5.7 伸缩节冲程对钻井立管整体性能的影响

5.8 薄弱点研究

5.9 本章小结

第6章 深海钻井立管系统涡激振动分析

6.1 涡激振动概念

6.2 钻井立管VIV疲劳分析

6.3 钻井立管VIV分析结果

6.4 钻井立管疲劳寿命估算

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢