深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2017.07.25.02

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2018, Vol. 40 ›› Issue (5): 163-169.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2017.07.25.02

深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究

刘清友^1,2, 何俊江², 毛良杰²

1. “流体及动力机械”教育部重点实验室·西华大学, 四川成都 610039;
2. “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学, 四川成都 610500

收稿日期:2017-07-25 出版日期:2018-10-01 发布日期:2018-10-01
通讯作者: 刘清友,E-mail:liuqy66@aliyun.com
作者简介:刘清友,1965年生,男,汉族,重庆开县人,长江学者特聘教授,博士生导师,主要从事油气装备设计与仿真研究及相关工作。E-mail:liuqy66@aliyun.com;何俊江,1993年生,男,汉族,四川内江人,硕士研究生,主要从事机械仿真设计与机械自动化方面研究。E-mail:hejunjiangsuper@163.com;毛良杰,1987年生,男,汉族,四川成都人,博士,主要从事海洋深水钻井隔水管力学行为方面的研究工作。E-mail:maoliangjie@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金（51604235）；"流体及动力机械"教育部重点实验室（西华大学）开放课题（szjj2017-097）

Safety Analysis of Flange Joint Collapse in Deep Water Drilling Risers

LIU Qingyou^1,2, HE Junjiang², MAO Liangjie²

1. MOE Key Laboratory of Fluid and Power Machinery, Xihua University, Chengdu, Sichuan 610039, China;
2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China

Received:2017-07-25 Online:2018-10-01 Published:2018-10-01

摘要/Abstract

摘要： 针对深水钻井隔水管法兰接头在深水钻井过程中承受着复杂恶劣的环境载荷，以及工作过程中产生的内外压差，有必要对深水钻井过程中法兰接头的工作受力情况进行深入研究。根据有限元原理，建立了法兰接头模型，利用有限元分析方法研究了不同外压载荷下的隔水管法兰接头无磨损以及磨损情况下的应力分布情况及临界压溃压力。分析结果表明，在螺栓预紧力载荷以及工作载荷情况下，法兰接头符合安全强度要求；对无磨损的法兰接头施加外压载荷，法兰接头受到的最大应力随着外压载荷的增加而增加，外压载荷增加到一定值时，上法兰接头辅助管道通道处的T型台处会产生应力集中；对磨损的法兰接头施加外压载荷，法兰接头的临界压溃压力随着磨损深度的增加而减小。

关键词: 法兰接头, 有限元, 压溃压力, 外压载荷, 磨损程度

Abstract: In deep water drilling, the flange joints of drilling risers are usually exposed to complex and harsh environmental loads while experiencing a high difference between internal and external pressure. Therefore, it is necessary to monitor the stress in these flange joints while drilling. In this study, a finite element model of a flange joint was developed for analyzing the stress distribution and critical collapse pressure of both a wear-free and a worn flange joint in a drilling riser under different external load conditions. The results showed that the flange joint satisfied the strength safety requirement under bolt preload and working load conditions. When applying an external load on a wear-free flange joint, the maximum stress inside the flange joint increased with increasing external load. Once the external load reached a certain threshold, a stress concentration formed on the T-shaped platform at the auxiliary pipeline junction in the upper flange joint. When applying an external load on a worn flange joint, the critical collapse pressure of the flange joint decreased with increasing depth of the wear.

Key words: flange joint, finite element, collapse pressure, external load, degree of wear

中图分类号:

TE319

刘清友, 何俊江, 毛良杰. 深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(5): 163-169.

LIU Qingyou, HE Junjiang, MAO Liangjie. Safety Analysis of Flange Joint Collapse in Deep Water Drilling Risers[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(5): 163-169.

0
/ / 推荐

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/10.11885/j.issn.1674-5086.2017.07.25.02

http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/Y2018/V40/I5/163

参考文献

[1] 周俊昌. 海洋深水钻井隔水管系统分析[D]. 南充:西南石油学院, 2001. ZHOU Junchang. The research on drilling riser system of offshore deep water[D]. Nanchong:Southwest Petroleum Institute, 2001.
[2] Beers R, Thomas D. API load rating of marine riser couplings:Application of RP 2R guidelines and supplemental methods[C]. Offshore Technology Conference, Houston, 1986. doi:10.4043/5165-MS
[3] BAHAI H. A parametric model for axial and bending stress concentration factors in API drillstring threaded connectors[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2001, 78(7):495-505. doi:10.1016/S0308-0161(01)00060-6
[4] FASSINA P, GUAGLIANO M, LAZZARI L, et al. Failure analysis of a non-integral pipeline collet connectors[J].Engineering Failure Analysis, 2005, 12(3):711-719. doi:10.1016/j.engfailanal.2004.12.009
[5] 时米波. 深水钻井隔水管系统疲劳可靠性分析[D]. 东营:中国石油大学(华东), 2008. SHI Mibo. Fatigue reliability analysis for deepwater drilling riser system[D]. Dongying:China University of Petroleum (East China), 2008.
[6] 高旭,曾国英. 螺栓法兰连接结构有限元建模及动力学分析[J]. 润滑与密封, 2010, 35(4):68-71. doi:10.-3969/j.issn.0254-0150.2010.04.016 GAO Xu, ZENG Guoying. The finite element modeling and dynamic analysis of bolts-flanges connecting struture[J]. Lubrication Engineering, 2010, 35(4):68-71. doi:10.3969/j.issn.0254-0150.2010.04.016
[7] 王荣耀,陈国明,鞠少栋. 深水钻井隔水管法兰接头有限元分析程序[J]. 石油机械, 2011, 39(3):22-24. doi:10.16.82/j.cnki.issn.1001-4578.2011.03.009 WANG Rongyao, CHEN Guoming, JU Shaodong. Finite element analysis program of deepwater riser flange joint[J]. China Petroleum Machinery, 2011, 39(3):22-24. doi:10.16.82/j.cnki.issn.1001-4578.2011.03.009
[8] 刘秀全,陈国明,宋强,等. 基于有限元法的深水钻井隔水管压溃评估[J]. 石油钻探技术, 2015(4):43-47. doi:10.11911/syztjs.201504008 LIU Xiuquan, CHEN Guoming, SONG Qiang, et al. Collapse assessment for deepwater drilling risers on the basis of finite element method[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2015(4):43-47. doi:10.11911/syztjs.201504008
[9] 马刚,孙丽萍,白勇,等. 深水立管法兰接头的有限元分析[J]. 船海工程, 2008, 37(5):90-94. doi:10.3963/-j.issn.1671-7953.2008.05.026 MA Gang, SUN Liping, BAI Yong, et al. Finite element analysis of deepwater riser flange couplings[J]. Ship and Ocean Engineering, 2008, 37(5):90-94. doi:10.3963/j.-issn.1671-7953.2008.05.026
[10] THE American Petroleum Institute. API RP 16Q:Marine drilling riser system recommended practice of design, selection, operation and maintenance[S]. 1993.
[11] 中海油田服务股份有限公司. 深水钻井隔水管作业技术研究[R]. 天津:中海油田服务股份有限公司, 2006.
[12] 张炜,高德利,范春英. 钻井隔水管挤毁分析[J]. 钻采工艺, 2010, 33(4):74-76. doi:10.3969/j.issn.1006-768X.2010.04.023 ZHANG Wei, GAO Deli, FAN Chunying. Crushed analysis for drilling riser[J]. Drilling and Production Technology, 2010, 33(4):74-76. doi:10.3969/j.issn.1006-768X.-2010.04.023
[13] 侯晓东,刘宏亮,左其川,等. 连接方式对隔水管法兰试压应力分布的影响[J]. 石油矿场机械, 2013, 42(8):8-13. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2013.08.003 HOU Xiaodong, LIU Hongliang, ZUO Qichuan, et al. Influence of conjunction method upon flank stress distribution in pressure testing of riser[J]. China Petroleum Machinery, 2013, 42(8):8-13. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2013.08.003
[14] American Petroleum Institute. Specification for marine drilling riser couplings[S]. API Spec 16R, 1997.
[15] 刘鸿文. 材料力学[M]. 北京:高等教育出版社, 2002. LIU Hongwen. Mechanics of materials[M]. Beijing:Higher Education Press, 2002.
[16] 毕宗岳,牛爱军,牛辉,等. 国内外X80深水钻井隔水管主管性能对比[J]. 焊管, 2013(11):5-9. doi:10.-19291/j.cnki.1001-3938.2013.11.001 BI Zongyue, NIU Aijun, NIU Hui, et al. Performance comparison of main pipeline of X80 deepwater drilling riser in domestic and overseas[J]. Welded Pipe and Tube, 2013(11):5-9. doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2013.11.-001
[17] 汤燕. 深水隔水管法兰系统的安全性能研究[D]. 广州:华南理工大学, 2015. TANG Yan. Research on safety performance of deep water riser coupling flange system[D]. Gangzhou:South China University of Technology, 2015.
[18] 任智杰. 接管轴向外力对压力容器强度的影响[J]. 机械工程师, 2003(3):31-33. doi:10.3969/j.issn.1002-2333.2003.03.013 REN Zhijie. Analysis on the influence of nozzle axial force to the strength of pressure vessel[J]. Mechanical Engineer, 2003(3):31-33. doi:10.3969/j.issn.1002-2333.2003.03.-013

深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究

Safety Analysis of Flange Joint Collapse in Deep Water Drilling Risers

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张博宁, 张芮菡, 吴婷婷, 鲁友常. 致密气藏多级压裂水平井生产动态机理分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(5): 107-117.
[2]	林铁军, 李朝阳, 王雪刚, 邓元洲, 宋琳. 三维复杂井眼上提冲放套管屈曲摩阻模拟研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(4): 165-172.
[3]	练章华, 张琎, 王裕海, 张强, 刘永刚. 非等厚度四点弯曲试样环向应力理论研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(1): 161-169.
[4]	练章华, 梁建坤, 王裕海, 张强, 牟易升. C型环环向应力与加载载荷的公式推导与验证[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(5): 161-168.
[5]	薛仁江, 郭建春, 赵志红, 周广清, 孟宪波. 济阳拗陷页岩储层水平井裂缝扩展数值模拟[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(2): 84-96.
[6]	龚迪光, 陈军斌, 曲占庆, 郭天魁. 径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(5): 122-130.
[7]	练章华, 罗泽利, 于浩, 刘洋, 何勇. 具有腐蚀坑缺陷的套管强度评估[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(2): 159-168.
[8]	陈森, 林伯韬, 金衍, 张磊, 黄勇. SAGD井微压裂储层渗透率变化规律研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(1): 141-148.
[9]	尹帅, 丁文龙, 高敏东, 周广照. 樊庄北部3号煤层现今应力场分布数值模拟[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(4): 81-89.
[10]	邓嵘, 安美, 唐东. 复合钻头钻进过程的有限元模拟[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(2): 145-152.
[11]	唐明明, 张金亮. 基于随机扩展方法的致密油储层裂缝建模研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(1): 63-72.
[12]	方潘, 侯勇俊, 龙小康. 考虑刚柔耦合的振动筛动力学研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 165-172.
[13]	张烈辉1 *，张芮菡1，蒋和煦2，孔玲2，佘娟2. 低渗透复合油藏压力动态有限元理论分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(4): 1-8.
[14]	练章华1 *，于浩1，刘永辉2，林铁军1，张强1. 大斜度井中套管磨损机理研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(2): 176-182.
[15]	韩传军*，张杰，梁政. 粗糙表面在滑动过程中的摩擦生热研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(2): 159-164.