新型插入式导管接头研制及其在渤海油田的应用.pdf

.57第8 期新型插入式导管接头研制及其在渤海油田的应用马立，王昆剑，刘鹏飞，李淑涛”，韩江波（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津塘沽30 0 4 5 2)(2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽30 0 4 5 9)(3.中海油能源发展股份有限公司装备技术公司，天津塘沽30 0 4 5 2)摘要】为满足钻入法下入36 隔水导管的要求，结合多头螺纹和键连接的工作原理，研制出一种新型插入式导管接头。插入式接头通过周向均布的四道螺旋形齿槽进行连接，齿槽中间周向均布四个防脱块实现限位锁定，根部加装0 型密封圈，实现快速连接和密封。通过强度校核和台架试验后，这种新型接头已成功应用于渤海油田A平台的槽口拓展项目，实践表明，这种新型接头连接方便、可靠，既满足了生产作业需求，又具有推广应用前景。关键词渤海油田；边际油田；槽口拓展；隔水导管；插入式接头1前言渤海油田有较多储量规模小、地质条件复杂、经济开采年限短的边际油田，为了规避油田整体开发风险，降低投资，提高收益率，主要采用依托主力油田、围绕布局卫星小平台的集约开发模式 1-2 。随着多次加密调整，原有井槽的处理成本和浅层防碰问题越来越突出，拓展布井空间成为函需解决的问题。在原有生产平台的基础上，采用内置、外挂井槽的方式进一步拓展布井空间，利用单筒双井、大位移井等技术进一步扩大开采规模 3-4 。生产平台的隔水导管通常采用锤入法安装 5-7 ，但内置、外挂井槽的空间有限，动用大型浮吊干扰因素较多、成本较高，一般采用钻入法下入，然后注水泥固定。渤海地区钻井平台转盘的最大通径为37/，单筒双井井槽的使用的隔水导管尺寸为36 ，两者之间的间隙较小，因此，导管接头外径应小于转盘通径。2插入式隔水导管接头的研制隔水导管通常下到海底泥面以下持力层位，其主要功能是隔离海水，承受由海冰或波浪产生的侧向载荷，形成钻井液循环通道，保护井壁，保护井口，保护内部钻采设施，同时作为海上井口的持力结构 5-7 。在钻完井施工过程中，隔水导管的强度及安全性对于海上钻井作业安全至关重要。渤海油田常规隔水导管接头有卡簧式和螺纹式两种，外径大于2 0 的隔水导管通常采用卡簧式接头。如采用卡簧式接头，36 隔水导管接头的最大外径为39 ，无法通过转盘；如缩小接头尺寸，自身强度又无法满足要求。如采用焊接法连接，每根连接时间2 3小时，费时耗力，作业成本高，且焊接的密封性无法保证；泥面到持力层为泥沙交互层，欠压实，井眼浸泡时间过长，极易塌堵塞。因此，新研制的隔水导管接头不仅外径尺寸要小于转盘的最大通径，连接方便、快速，其强度还需满足承重、抗风浪、抗冰的工作环境要求。通过对常用隔水导管接头扣型的调研，结合多头螺纹连接和键连接的工作原理，研制出一种新型的插入式齿槽啮合型接头。插入式接头通过周向均布的四道螺旋形齿槽进行连接，齿槽中间周向均布四个防脱块实现限位锁定，根部加装O型密封圈，实现快速连接和密封，公母扣的设计如图1、图2 所示。作者简介：马立，（1 9 8 0-），男，毕业于西南石油大学油气井工程专业，硕士学位，现从事海洋石油钻井工程监督与技术研究工作。58-2023年第2 6 卷技术交流石油和化工设备图1 隔水导管公接头结构图图2 隔水导管母接头结构图齿槽型接头改变了卡簧式接头对扣困难、外径尺寸大的缺陷，通过改变齿槽倾角和宽度，实现快速对扣，在隔水导管自身重力的作用下沿导向槽插入并啮合，无需上扣设备，操作简单、强度和密封能力均能满足海上钻井作业要求。2.1接头强度校核隔水导管在下入过程中主要承受下部隔水导管产生的拉力，海浪、潮流造成的横向推力，这些力最终加载到齿槽及防脱块各个部位。通过ANSYS软件，建立插入式接头的三维有限元分析模型，在受拉状态下，模拟分析了公接头、母接头、防脱块及连接螺栓在不同载荷时的应力变化情况。1）有有限元计算类型图3隔水管接头有限元模型4）模拟计算结果初步试验过程：防脱块固定孔设计为椭圆形，销钉与椭圆孔之间无法达到限位作用，管体承受轴向拉伸时，防脱块会发生微量滑动（轴向和径向），造成防脱块发生偏斜趋势，因限位槽插入式隔水导管接头，外径914.4mm，钢级Q345。2）有限元分析方法(1)分析模型：三维有限元模型，如图3所示；(2)分析单元：三维实体单元；(3)分析软件：大型有限元分析软件；(4)分析类型：弹塑性接触分析。3）分析程序(1)网格划分：防脱块、销钉和螺纹处网格加密；(2)材料模型：材料应力应变曲线；(3)边界条件：管体一端位移约束，一端施加拉伸载荷，如图4 所示。T1ME869181AC-003772S.194E+O75-150E+10.134407.666E+09832:409-938-09-133E+10-1688-409-334E2-0915008+09.12E+10.150+1图4隔水管接头有限元计算应力云图的作业而承受剪切力。如果防脱块、限位槽或齿槽处发生屈服，进而造成更大的变形，产生的较大的滑动位移，导致防脱快失效及接头脱扣。根据初步试验结果，对防脱块材料和结构承载角（与螺栓同钢级），以及内外接头“宽齿”59-马立等新型插入式导管接头研制及其在渤海油田的应用第8 期角度进行改进后，再次对椭圆孔型防脱块隔水管接头进行了有限元分析，拉伸载荷从1 0 0 t逐步增加至6 0 0 t。由分析结果可知，管体承受拉伸载荷后，椭圆孔型防脱块隔水管接头由内外接头的“宽齿”和防脱块两部分承载，防脱块主要承受旋转NODALSTION$-47TIME-.843563SEOV(AG)CMK-.003734.3388+7SM.142E+103388+07.631E+09-16-0E+09-3172+09.474E+09.780E409-945-03-110-10-120+10.142E+1图5600t拉伸载荷下隔水管接头应力云图NODALSOUTICN47T2M2-.843563SAG)EM-.0020355MN.3388+075M.443E+093382+0Y1022+09296E+09,5226:+08.150E+09.2472+093458-+09-394E-409-4438+0图7600t拉伸载荷下内接头应力云图2.2台架拉伸试验的剪切载荷，“宽齿”角度修改后分担更多的轴向载荷，防脱块材料和结构承载角修改后承担的剪力能力承受剪力分布较上模型均匀，当拉伸载荷达到6 0 0 t时，接头未发生滑脱现象。加载至6 0 0 t时隔水管接头各部位受力情况如图5 图8 所示。CLALSOLLTICNSTEPS-47T1ME-.843563(AG)C-.003490SHN-.4465+07SM-.481E+09.446E+01-5758+00:10E409-16.3E+09-2168409-269E-+09-32-09.375E-109-428-+09.481E+09图6600t拉伸载荷下外接头应力云图NCDALSOUTIOY-47T1ME-.8435632-00.3722-N-.832E+075M0-.129E+10832E24072922+09.5752+09-860+09.1502+09.434E:409.718E+O9-10-10-14E-+10.123E+14图8600t拉伸载荷下防脱块应力云图采用复合加载试验机对新型接头进行台架拉伸试验。从5 0 t开始加载，每次保持3min，逐次加载至425t，试样未发生破坏变形。试样前后变化情况如图9 所示。试验前试验后图9 台架拉伸试验对比图-60-技术交流石油和化工设备2023年第2 6 卷3应用情况这种新型隔水导管接头首先在渤海油田A平台投入使用，4 口井共使用36 根隔水导管，均成功连接并下放到位。每根隔水导管从甲板起吊到连扣结束需要2 0 2 5 min，与卡簧式接头相比，作业时效相当。与常规隔水导管固井作业相同，此种接头的隔水导管也采用插入法方式固井。4认识与建议1）插入式隔水导管接头采用全新的结构方式，内径满足单筒双井表层套管的通过要求，外径小于钻井转盘通径，抗拉强度满足现场工况，解决了钻孔法下入36 隔水导管的难题。2）新型接头设计将齿槽结构和挡块结构融合于一体，周向均匀分布四个齿槽和挡块，既满足了抗拉、抗剪切强度要求，又降低了加工制造精度。3）新型接头连接方便、快捷，非常适合现场操作。4）新型接头的研制及成功试用，为钻入法下入大尺寸隔水导管提供了物质保障，在生产平台内置外挂项目及锤入受限区块有较好的应用前景。参考文献1李宏伟，谭家华.边际油田群的综合开发 .中国海上油气（工程），1 9 9 7，9(4)：5 5-5 92俞学礼.渤海边际油田开发综合研究 .中国海上油气（工程），1 9 9 8，1 0(2)：4-1 13范白涛.渤海油田钻完井技术现状及发展趋势 .中国海上油气，2 0 1 7.8，2 9(4)：1 0 9-1 1 7.4付建民,韩雪银,范白涛,马英文,张晓诚,刘小刚.海上平台井槽高效利用关键技术 .中国海上油气,2 0 1 6,2 8(0 2):1 0 3-1 0 8.5董星亮等.海洋钻井手册 M.石油工业出版社，2 0 0 9.1 2.6张洪波，张兴光等.海洋钻井隔水导管接头的现状分析及优化设计方向 .中国石油和化工标准与质量.2 0 1 3(1 0)7孙英伟，李振坤等.海洋开发隔水导管接头的应用现状 石化技术.2 0 1 9(0 1收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 2 修回日期：2 0 2 3-0 7-1 3电石渣高值化利用技术国际领先近日，由中国科学院过程工程研究所牵头的“电石渣深度净化制备钙基材料低碳技术及应用”项目，通过了由中国循环经济协会组织的科技成果评价。该项目由中科院过程所与浙江大学、安徽华塑股份有限公司、青海盐湖元品化工有限责任公司、内蒙古亿利化学工业有限公司等单位合作完成。中科院过程所资源环境绿色过程工程研究部于2 0 1 1 年启动电石渣规模化高质利用技术创新研究工作，基于钙基固废高质利用的多年研究积累，开发了大风量涡流分选与快速脱炔、多外场强化解聚与杂质深度脱除、强化脱硫与石膏结晶调控、低温缎烧制备冶金级活性氧化钙等关键技术。该技术的实施，可综合解决电石渣现有利用过程反应效率低、燃爆安全风险等问题，为大宗煤基固废的高质量绿色低碳利用提供技术支撑，助力国家“双碳”战略目标实施。