水下采油树油管悬挂器安装工具强度分析.pdf
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1、 110 cademic Research 技术交流 A 水下采油树油管悬挂器安装工具强度分析水下采油树油管悬挂器安装工具强度分析 郭新军1,汪 聪2,杨 超1,赵维青1,关清涛1,郭 鑫1(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司,海口 570100;2.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司,广东深圳 518067)摘摘 要:要:基于水下采油树油管悬挂器安装工具结构优化项目工作,采用 Ansys 软件重点分析安装工具在测试工况下的强度,并给出分析方案,对未来油管悬挂器安装工具的研究提供一定参考。关键词:关键词:水下采油树;油管悬挂器;安装工具;有限元分析;强度分析 中图分类号:中图分类
2、号:TE5 文献文献标志标志码:码:A DOI:10.16443/ki.31-1420.2023.03.022 Strength Analysis of Tubing Hanger Running Tool of Subsea Christmas Tree GUO Xinjun1,WANG Cong2,YANG Chao1,ZHAO Weiqing1,GUAN Qingtao1,GUO Xin1(1.Ener Tech Drilling&Production Co.Ltd.,CNOOC,Haikou 570100,China;2.Shenzhen Branch,CNOOC(China)Co.,
3、Ltd.,Shenzhen 518067,Guangdong,China)Abstract:Based on the structural optimization project of the underwater oil production tree tubing hanger installation tool,Ansys software is used to focus on analyzing the strength of the installation tool under testing conditions,and an analysis plan is provide
4、d,providing a certain reference for future research on tubing hanger installation tools.Key words:subsea Christmas tree;tubing hanger;running tool;finite element analysis;strength analysis 0 引言引言 水下采油树是水下生产系统的核心设备,下方借助连接器连接井口头,上方借助跨接管连接管汇。油管悬挂器作为水下采油树的关键部件,主要用于悬挂油管、密封油管和油层套管,提供油流通道、修井通道、电缆通道与化学试剂注入通
5、道,分离上下空间1-2。油管悬挂器、生产主阀、生产翼阀、采油树本体与出油管等形成过流部件,连接水下采油树和井下生产管柱。油管悬挂器的下放安装过程复杂,不仅决定了采油树的自主安装和回收,还涵盖锁紧、解锁、因此,油管悬挂器需要研发专门的下放、安装与旋转、定位、密封和通道布局等多方面工艺要求。回收工具油管悬挂器安装工具,将安装工具和油管悬挂器锁紧连接后共同安装到采油树体内。在整个下放安装过程中,安装工具承载了液压力、油管悬挂器重力等工作载荷,对其结构性能有较高的要求。油管悬挂器的安装、维护及维修需要借助水下机器人(Remote Operated Vehicle,ROV)进行,操作工艺要求较高。若油管
6、悬挂器及其安装工具的性能和下放安装的工艺技术无法达标,极可能 作者简介:郭新军(1986),男,硕士、工程师。研究方向:海洋石油勘探开发。111 产生故障,从而使整个系统瘫痪,影响了生产进度。同时,随着水深的加大,下放安装的风险性也随之增高。因此,研究采油树油管悬挂器安装工具对水下生产系统领域来说格外重要。迄今为止,FMC Technologies、One Subsea、GE、Dril-Quip和Aker Solutions等国外知名油气公司垄断了水下采油树及其配套工具的关键技术3。我国在水下采油树领域的研究起步较晚,对油管悬挂器安装工具的研究则更少。目前,国内已有相关采油树油管悬挂器下放安装
7、工具的研究。赵宏林等4通过对深水采油树油管悬挂器安装工具的主要设计参数及锁紧环受力进行分析;易黄高等5对立式采油树油管悬挂器安装工具锁紧机构的关键部件形锁紧环进行了开口角度以及锁紧所需的液压驱动力计算;王丽男等6研究了油管悬挂器安装工具形锁紧环在锁紧过程中的变形量对其结构强度的影响,理论计算得出形锁紧环表面最大应力与变形量之间的简化公式,并采用ABAQUS软件进行分析研究;程友祥等7运用Ansys软件中的概率设计技术(Probabilistic Design System,PDS)模块对油管悬挂器安装工具锁紧机构进行可靠性分析;陈萌等8对油管悬挂器及其安装工具进行了性能鉴定试验,包括静水压循环
8、、温度循环、载荷循环测试,提出了1套卧式采油树油管挂及其安装工具性能鉴定试验方法;崔晓伟9经过一系列研究,最终设计出能下放、回收目标立式采油树油管悬挂器且能够紧急解锁的油管悬挂器安装工具。综上所述,除了对锁紧环的研究较丰富外,国内针对安装工具的其他工况(如软着陆、测试等)及其他部位(卡爪、液压缸等)的研究仍然严重缺少。因此,针对测试工况下的油管悬挂器安装工具进行强度分析,旨在填补空白,为国内相关研究提供更全面的参考。1 油管悬挂器安装工具介绍油管悬挂器安装工具介绍 水下采油树油管悬挂器安装工具由安装工具本体、软着陆活塞、锁紧机构、定位机构和旋转机构等组成,结构如图1所示。安装工具本体端面如图2
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