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深水钻井隔水管作业信息化管理技术研究

王荣耀  
【摘要】:海洋隔水管钻井需要进行隔水管的下放、脱离、悬挂和回收等一系列关键作业。深水隔水管钻井需要更多的隔水管下放和回收时间和高昂的费用,一旦失效其后果也会更加严重。随着海洋钻井向更深的水域进军,钻井隔水管的分析、设计和作业管理技术越来越受到人们的重视。目前国内对隔水管系统的分析与设计大多依赖通用的软件,国外已有一些钻井隔水管的专用分析软件,但都难以实现深水钻井隔水管作业的信息化管理。本文结合国家“863”计划海洋技术领域重大项目子课题“深水钻井隔水管及井口技术”、国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”外协子课题“深水钻井隔水管作业技术研究及软件开发”和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究”,进行深水钻井隔水管作业信息化管理技术研究并开发相应的软件系统,可为我国南海深水油气开发的隔水管作业提供理论依据与技术支持。 对隔水管系统进行适当简化,建立隔水管系统有限元模型,得到隔水管系统的静态有限元平衡方程和动态有限元平衡方程。探讨平衡方程中刚度矩阵、质量矩阵、载荷矩阵和收敛准则的确定方法,研究非线性有限元方程的求解方法,进行隔水管系统优化设计方法,顶张力设计方法和作业窗口确定方法的研究。研究隔水管系统作业参数的实时监测与决策方法,设计隔水管系统作业警报与建议流程。以理论基础为指导,以MATLAB和VC++ 6.0作为平台设计深水钻井隔水管作业信息化管理系统。软件系统包括隔水管数据库模块、仿真模块(求解器)、顶张力优化设计模块、隔水管配置优化设计模块、作业窗口计算模块和作业参数监测及作业指导模块,采用有限元方法自行开发核心求解器,实现隔水管有限元分析、钻前设计与作业指导的集成。设计软件系统的测试方案并进行测试。最后给出深水钻井隔水管作业信息化管理系统的应用实例,并将分析结果与通用有限元软件ABAQUS进行了比较,两者吻合度高。


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