设计一种基于18-3/4"H4型面、69 MPa井口压力的液压驱动锁块式连接器,通过有限元方法分析锁紧型面过盈量对锁紧峰值压力、连接器预紧力的影响,预紧力与锁紧峰值压力之间的关系,以及VX钢圈在失效负载条件下的密封性能,并对相关分析结果进行测试验证。分析及测试验证表明,在过盈量可调范围内连接器预紧力与锁紧峰值压力为线性关系,可通过锁紧峰值压力的大小有效评估预紧力;有限元分析结果可为连接器的调试作参考;连续的环状接触压痕是钢圈密封的必要条件,密封面的材料及加工质量是建立密封的关键因素;连接器在69 MPa+1300 kN+11000 kNm负载条件下功能、结构及密封性能良好。连接器搭载采油树在南海相关油气田得到成功的示范应用。

水下采油树(Christmas)是水下油气田开发中重要的井口控制装置,常年受到波浪和海流的影响,若设计不合理,会引发水下采油树液压管道产生涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)现象,进而会引发液压管道的疲劳破坏。为了保证水下采油树的可靠性和使用寿命,本文利用渤海海域实测统计资料并结合水下采油树液压管道的设计参数,对水下采油树液压管道的涡激振动和直接波浪作用对液压管道引发的疲劳破坏进行分析。

水下采油树输油管道内原油容易受到海水冷却作用,形成沉积甚至堵塞管道。在总结运行参数对输油管道内液体流动性影响的基础上,建立椭圆、圆形、矩形等不同类型的输油管道的模型。在无保温层条件下,以相同的速度入口、压力出口、光滑壁面为流体域边界条件,采用流场分析软件,分析输油管道的几何参数对液体流动性的影响。该项分析结果表明,当输油管道具有相同的运行参数时,非圆形截面的输油管道能够更有效地卷吸管道内的流体。该项研究成果可以为海底输油管道的选型提供一定的参考。

S密封作为水下采油树的非金属密封圈,是水下安全生产的关键部件之一。以S密封为研究对象,进行了结构和密封机理的研究并对其结构参数进行优化。通过建立有限元仿真模型,研究了密封圈截面长度、截面宽度、弹簧直径及圆弧半径等参数对密封圈性能的影响规律,并根据影响显著性采用响应面法对密封圈的关键结构参数进行优化分析,以最小等效应力与最大接触应力为目标,对密封圈结构参数进行优化。将优化后的S密封与优化前进行对比,结果得出在安全性能和密封性能上S密封均有显著的提升;最后通过静压试验对S密封进行了密封性能测试,试验结果表明S密封满足密封性能要求。研究方法和结果可为S密封以及其他类似结构密封圈的结构优化提供理论依据及数据参考。

根据中国南海某油田工况,依托1500m水下智能井口和采油树项目,开发一种液压驱动可调节式节流阀。对该水下节流阀阀芯的结构设计方法进行着重介绍。针对现有的一般阀芯结构设计方法,通过理论分析,考虑不同过流孔孔径、过流孔轴向排布、过流总面积等因素,采用有限元分析工具分析不同情况下节流阀阀芯的流动特性,保证节流阀的可调节性,延长阀芯防冲蚀寿命。

水下采油树是深海油气开发的关键设备,油管悬挂器作为采油树核心部件,其传热计算关系到后期油气的流动安全。以传热学理论为基础,分析水下采油树稳态和非稳态条件下传热控制方程及边界条件,对混合天然气比热容、导热系数以及对流换热系数等进行计算。采用数值传热方法建立水下采油树油管悬挂器传热的有限元模型,对油管悬挂器在稳态生产阶段和非稳态停机阶段的温度场分布进行数值模拟。稳态计算结果显示:油管悬挂器内壁温度关于X=0截面对称分布,最高为57℃,为生产的油气温度,最低温度出现在油管悬挂器顶部位置,为21.672℃;停机8 h后,油管悬挂器温度下降到21.66℃;在停机0.5 h内,温降幅度最大,油管悬挂器温度降到25℃,说明内部产出流体在关机初期和采油树本体间的热量交换剧烈;2 h后温度逐渐接近海水温度,最终达到稳态。

水下采油树是水下生产系统的重要组成部分,其下放工艺精密,且水下采油树的整个下放过程受力复杂。文中通过水下采油树的下放工艺过程对比,对卧式水下采油树的下放过程进行受力分析,定性分析水下采油树下放工艺和下放到水深为1000 m时下放各个工艺阶段的受力,为深水水下采油树的实际下放提供理论基础。

深水油气田水下采油树液压控制系统大多采用平台供油驱动海底执行器动作的工作模式。针对多根供、回油管路的阻尼对系统的整体性能、甚至安全性影响较大的问题，提出了对上述管路的阻尼进行匹配设计的原则，以及可操作的匹配设计方法。最后以我国南海油气田某井口为例，对系统液压控制管路进行了阻尼匹配优化设计、仿真，设计和仿真结果与国外提供的设计资料吻合。

实现对水下采油树的控制是保证水下生产正常进行的必要条件。通过分析API标准要求结合水下采油树阀门执行器工作参数设计水下采油树液压控制系统包括液压动力单元和水下控制模块并对相关元件进行计算和选型。根据控制系统要求利用AMESim软件建立水下采油树液压控制系统模型对水下采油树阀执行器的开启和关闭过程进行响应分析。结果表明:所设计的液压控制系统可以满足水下采油树控制要求。

对水下采油树进行测试验证可为水下采油树的维修保养提供参考.通过对水下采油树控制系统主参数以及水下采油树测试流程的研究 设计一套水下采油树地面测试单元液压控制系统 水下采油树地面测试单元液压控制系统包括油箱、高压泵回路、水泵回路、蓄能器组、调压回路、接口回路、回油回路等.根据系统主参数及测试要求 对液压控制系统主要元件进行主参数的计算.利用AMESim 软件建立水下采油树地面测试单元液压控制系统模型 对模型进行仿真分析.结果表明 所设计的液压控制系统具有良好的控制性和稳定性.