海底泥浆举升钻井系统吸入模块样机研究与开发

摘要

国外20世纪60年代研究的双梯度钻井(DGD)技术,在理论上可以解决传统海洋钻井技术在深水中遇到的技术难题。但在诸多双梯度实现方法和系统中,仅有挪威AGR公司研究的无隔水管泥浆回收(RMR)系统得到广泛的工业应用,获得显著的经济和环境效益。本文主要结合国家科技重大专项----大型油气田及煤层气开发子课题海底泥浆举升钻井技术研究(2008ZX05026-001-12),开展海底泥浆举升钻井技术及海底泥浆吸入模块样机研究与开发等方面的研究。主要研究内容如下：
　　 ⑴海底泥浆吸入模块样机结构设计。结合我国深水钻井作业环境特点,根据海底泥浆举升钻井技术特点,制定海底泥浆吸入模块设计参数和技术要求,确定适用于我国深水钻井的海底泥浆吸入模块设计方案,设计样机结构,绘制500m和1500m水深吸入模块原理样机技术图纸。
　　 ⑵海底泥浆吸入模块样机关键技术研究。根据我国深水钻井作业环境和海底泥浆举升钻井技术要求,解决海底泥浆吸入模块关键技术难题,主要包括吸入模块密封胶芯方案设计、旋转动密封及其冷却系统设计、旋转动密封旋转轴耦合面处理工艺研究、吸入模块钻井液压力及液位控制系统研究、泄流装置和内部旋转总成锁紧结构设计,为实现海底泥浆吸入模块的国产化设计与应用提供技术支持。
　　 ⑶海底泥浆吸入模块数字样机开发与仿真研究。利用高级三维CAD/CAM工程软件——Pro/E,开发泥浆吸入模块数字样机,进行样机虚拟装配,保证泥浆吸入模块样机的正常装配。根据海底泥浆吸入模块设计结果,利用ABAQUS有限元软件,开展吸入模块样机仿真研究,包括使用非线性有限元方法验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性,分析胶芯设计参数对胶芯密封性能及其寿命的影响,为胶芯优化设计和延寿提供技术支撑;进行海底泥浆吸入模块主要零部件有限元分析,优化样机设计。为海底泥浆举升钻井技术及其关键设备的国产化设计与应用提供技术支撑。
　　 ⑷海底泥浆吸入模块样机加工与试验研究。根据海底泥浆吸入模块设计结果,绘制吸入模块样机加工技术图纸,加工吸入模块原理样机。根据海底泥浆举升钻井技术特点,制定海底泥浆吸入模块室内试验方案,测试海底泥浆吸入模块样机性能,根据试验结果优化样机设计,改善设计参数,为海底泥浆吸入模块工业样机设计和制造提供依据。