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[博士论文] 韩冰冰
工程热物理 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:世界对原油的需求正在不断增长,随着石油的开采,常规油藏资源正在不断枯竭,陆地和海上的稠油油藏资源正日益引起人们的重视。因此,对稠油资源的高效开采技术已经成为国内外的研究热点。多元热流体热力采油技术是海上稠油开采方式新突破,可以显著提高稠油采收率,但相关研究还非常不足。为了进一步探索多元热流体井筒传热和强化采油机理,本文分别针对热采井注多元热流体井筒流动与传热问题,以及储层注热水-气体-化学添加剂多元热流体强化采油技术展开研究。
  首先,本文基于实际气体状态方程及其混合法则、考虑井筒热容影响的瞬态导热函数,建立了不同流动状态下多元热流体井筒流动与传热模型。通过和传统基于理想气体混合模型进行比较发现,本文所建多元热流体模型适用范围更广,在低压下和高压条件下,都可以精确地分析出多元热流体井筒流动与传热情况。基于该模型,本文对陆地井筒注多元热流体井筒流动与传热过程进行了分析;通过与注蒸汽热采井的对比发现,在相同注入温度与注入流量条件下,多元热流体井筒温度和压力下降速度更快,到达井底时其温度更低,与地层和油层的温差更小,井筒热损失更少,但是热量含量低,油层加热范围小。要想达到与蒸汽一样加热效果,需要增加多元热流体注入流量和注入温度。
  在上述模型基础上,结合海上复杂的地质条件,本文建立了适应于海上热采井井筒结构的注多元热流体井筒流动与传热模型,并分别对于海上热采井注含热水多元热流体和含蒸汽多元热流体井筒散热情况进行了分析。通过与渤海油田实测数据对比显示,该模型压力平均相对误差约为0.7%,温度平均绝对误差约为1.4℃,该结果表明本文所建模型具有比较高的精度,可以满足工程计算需求。通过对海上井筒注含热水多元热流体和含蒸汽多元热流体这两种多元热流体井筒热损分析发现,多元热流体散失到环境中的热量占初始热量比例小于9%,而在海洋中损失的热量占总热量损失的50%以上;注入流量、注入温度和井筒隔热管导热系数等参数对于两种多元热流体的井筒热损的影响都很大;但是其他参数对于两种多元热流体的井筒热损的影响则有较大的不同:对于注含热水多元热流体井筒,热水比例对深水井的热损失有很大的影响,而注入压力、注入时间和环境温度对热损失影响不大;对于注含蒸汽多元热流体井筒热损,注入压力对于井筒热损失影响较大,而蒸汽干度和蒸汽比例对热损失影响不大。
  稠油的热力采油开采效果不仅取决于热流体井筒内的流动与传热,更主要的取决于热流体储层驱油过程,本文接下来对热水-气体-化学添加剂多元热流体驱油特性进行了实验研究,提出了热水-CO2-化学添加剂复合驱油方法,并对该驱油方法及传统的驱油方法进行了实验研究,同时对文献通常被忽略的储层传热过程的影响进行了分析。实验结果表明,与普通热水驱和气体驱相比,不同气体组分的多元热流体在化学添加剂作用下,都能显著提高稠油的采收率,其中热水-CO2-化学添加剂驱稠油开采效率最高;注入的气体对热水与储层传热产生影响不明显,但可以与热水、化学添加剂共同作用产生泡沫驱,从而显著提高稠油采收率。增加氮气流量会使得热水-N2-化学添加剂混合驱油的采收率降低。对于热水-N2/空气-化学添加剂混合驱油随着热水注入温度的增加,采收率先增后降,因此存在一个最佳的注入温度。对于空气,在没有与原油发生氧化反应的情况下,热水-空气-化学添加剂混合驱油效果一般,只有当空气注入流量足够大时,驱油效果才显著增加;同时热水注入温度对于热水-空气-化学添加剂混合驱油过程影响较小。
  为了更进一步分析热水-CO2-化学添加剂复合驱油特性,本文最后重点研究了热水-CO2-化学添加剂复合驱油过程、储层传热过程及CO2封存特性。通过实验对比发现,热水-CO2-化学添加剂三者可以产生协同作用,在储层中形成泡沫驱,从而显著提高稠油采收率;与CO2驱、冷水驱、热水驱、冷水交替-CO2驱和热水交替-CO2驱相比,热水-CO2-化学添加剂驱油效果最好,其稠油采收率最高;在CO2驱和热水-CO2-化学添加剂驱过程中大部分CO2可以封存在储层中,其中CO2驱过程中CO2埋存效率为85.60%,热水-CO2-化学添加剂驱过程中CO2埋存效率为80.61%;CO2焦耳汤普森节流冷却作用在储层注热水-CO2-化学添加剂复合驱油过程中并没有发生,CO2对热水与储层传热过程的影响不明显;提高热水注入流量可以显著提高储层注热水-CO2-化学添加剂驱油的采收率;随着热水注入温度的增加,虽然热水与储层间的传热和加热作用加强,但是储层采收率先增加后降低,存一个最佳的热水注入温度;随着储层压力的增加,稠油采收率不断增加,但储层压力对储层传热影响较小;储层渗透率和原油粘度对储层的采收率有较大影响,但对于热水-CO2-化学添加剂复合驱油技术过程中的储层传热影响不大。
[硕士论文] 黄义
环境科学与工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:随着海上石油开采的迅猛发展,溢油事故也频繁发生。快速可靠的溢油鉴别方法对于溢油溯源具有重要意义。目前,溢油鉴别多为谱图的定性分析,定量的研究较少。化学计量学在油指纹鉴别的应用为溢油的定量鉴别提供有效的方法。
  本研究考察了8种中东原油和13种非中东原油和8种燃料油共29种油品的正构烷烃及诊断比值的分布,并进行了风化实验,考察了风化30天内油样正构烷烃和诊断比值的变化规律。分别以正构烷烃和诊断比值为建模变量建立区分中东原油、非中东原油和燃料油的Fisher判别模型。本研究的主要成果如下:
  (1)油样正构烷烃分布的研究表明,中东原油间的正构烷烃分布很相似,以n-C10~n-C15的含量相对较高。非中东原油主要集中在n-C14~n-C28之间,与中东原油的分布有着明显的差异。燃料油间的正构烷烃分布差异性较大,无明显规律。风化对大多数油样轻组分(<n-C15)影响较大,而大于n-C15的正构烷烃在短期风化中则具有一定的抗风化性。利用主成分分析从大于n-C15中长链的正构烷烃中提取的五个主成分对原始数据的累积解释贡献率达91.8%。可有效的解释原始数据的全部信息。基于这五个主成分建立区分中东、非中东和燃料油的Fisher判别模型,总的判别准确率为82.8%。对风化30天后的油样进行验证,总的准确为79.3%。
  (2)诊断比值的研究表明,风化实验中个别油样的n-C17/Pr受风化影响较大,大多油样的LMW/HMW也受风化的影响,但其RSD比值小于10%,仍可作为参考指标,其余比值基本不受风化影响。由于n-C17/Pr与n-C18/Ph存在共线性,因而需要剔除变量n-C17/Pr。单因素方差分析显示n-C18/Ph,Pr/Ph,LMW/HMW,CPI,(n-C19+n-C20)/(n-C19~n-C22)在中东原油、非中东原油和燃料油的分布上存在显著性差异,适合判别分析。基于这五个诊断比值建立Fisher判别模型,总的判别准确率达到93.1%。对风化30天的油样进行验证,准确率依然为93.1%,表明该模型同样适用于风化油样的鉴别。由此可见,基于诊断比值的Fisher判别模型鉴别效果明显好于基于正构烷烃主成分分析的模型。
[硕士论文] 潘俊文
船舶与海洋结构物设计制造 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:FPSO是集油气生产、存储、外输和人员居住于一体的多功能大型海上浮式平台,其上存在大量的潜在油气泄漏源;此外,由于其空间紧凑、高度拥挤和通风不良等因素,在这种条件下,泄漏油气被点燃后极易促使事态扩大,导致灾难性的火灾爆炸事故,因而造成人员伤亡、结构毁坏和环境污染等重大损失。鉴于此,为了降低事故风险,很有必要开展FPSO火灾爆炸风险机理的研究。本文依托工信部科研项目“FPSO失效数据库及风险评估系统研发”,以灾害事故风险分析理论与方法为支撑,对FPSO因油气泄漏而引发火灾爆炸事故风险进行分析,为FPSO火灾爆炸风险防控提供参考。
  本文通过广泛搜集和调研相关研究成果,界定分析范围,选择FPSO油气处理系统这一火灾爆炸高危区域作为分析对象,找出系统中潜在的油气泄漏源,应用FMEA分析法对可能发生油气泄漏的主要工艺设备进行风险辨识,依据计算得到的RPN值来定性评估工艺设备泄漏后引发火灾爆炸事故的风险水平。依据风险辨识的结果,选取风险程度较高的关键设备进行火灾爆炸风险定性分析。建立油气泄漏致灾灾害链模型,用于探讨油气泄漏致灾机理;基于事件树方法(ETA)分析关键设备油气泄漏后引发火灾爆炸事故的演化过程;将故障树(FTA)引入事件树分析中,用于探索事件树初始事件和后续事件的发生原因。在定性分析的基础上,结合相关数据库的统计资料,应用事件树分析法计算关键设备发生油气泄漏后导致火灾爆炸等后果事故的发生频率。在对FPSO火灾爆炸风险定性及定量分析的基础上,采用Bow-Tie方法对FPSO火灾爆炸事故的防控措施进行探究,以期达到降低风险水平的目的。
[硕士论文] 刘成龙
船舶与海洋结构物设计制造 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:作为海上油气田开发的主流生产方式,FPSO在服役期间由于其所处的极端恶劣的海洋环境、其上复杂人为操作产生的失误和大量设备运行而无法避免的失效情况,其上设备很有可能停产并需要高昂的维修保养费用。目前国内外大部分针对FPSO的风险研究是对其结构可靠性以及一些理论方法在FPSO上应用可行性的探究,但是对其具体设备元器件的风险分析仍然存在一定的缺陷,无法形成较有说服力的定量数据而且中国FPSO设备失效数据的整理和分析工作尚处于起始阶段,为了对FPSO设备失效事件的失效频率有更准确的把握,加强对设备可靠性数据的维护管理,针对FPSO主要设备失效模式的失效频率分析并建立其对应的失效数据库系统就显得尤为必要。所以,本课题主要研究了以下几个方面的内容:
  (1)对FPSO失效设备数据整理流程进行规划。明确数据整理过程中可能会遇到的术语和定义,划分设备边界来提高数据质量,整理不同设备的失效模式代码,设计数据整理的表格格式,最后会形成一套标准化的数据整理计划。这会为建立中国相关失效数据库系统做出有益尝试,具有指导和借鉴价值。
  (2)针对多样本问题,采用数理统计中卡方检验分布的离散值计算方法并结合整理的设备失效数据,拟合出多样本设备失效模式的失效频率90%置信区间,从而得到设备月历时间和运行时间下对应失效模式的失效频率和标准差。旨在实现多样本FPSO设备的可靠性评定。
  (3)参考离岸可靠性数据手册OREDA(Offshore Reliability Data)作为先验分布,以国内FPSO整理到的失效设备数据作为样本信息,利用泊松分布模拟设备失效过程,然后通过贝叶斯估计导出失效频率的后验分布,计算出FPSO多样本失效频率的数学期望和标准差。与历史数据库结合来弥补现场数据样本量的不足,为未来设备的安全分析打下基础。
  (4)以SQL Server2008作为后台数据库管理系统,使用JQ框架、AJAX技术和PHP实现对后台数据库的访问,开发并建立B/S结构的FPSO失效数据库系统,旨在初步实现FPSO故障信息查询和故障信息管理,为今后FPSO风险评估工作积累数据和经验,具有实用性和创新性。
[硕士论文] 李天赐
机械工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:海上油井的高效开采为我国经济发展提供坚实的基础,有着重要意义。我国海上石油的开发已有数十年,与陆上油田相似,仍会存在油井出砂问题。按照一般工艺要求,油田通常采用防砂管等“严防死守”方式进行防砂。但此种防砂方法会降低油井产出能力,此外,随着开采时间的增加,防砂筛管使用一段时间后会破损,仍会有泥砂进入井液,造成泵叶轮部分磨损,致使泵维修周期缩短,成本增加。为了提高采收率,“严防死守”防砂方式向“适度出砂”方式转变。“适度出砂”的防砂措施放松了对砂粒流入井筒的控制,允许部分粒径较小的砂粒随采出液流出。因此,这种防砂措施解决了“严防死守”防砂方案中因过于严格地限制住了油井出砂而导致海上油田产出能力低的问题,但同时也使得产液中的含砂量增加,造成电潜泵叶轮磨损过快,修井周期缩短,成本增加。
  本文主要目的在于克服现有采油除砂清砂技术上的缺陷,提出一种海上油井不停泵除砂清砂方案。除砂方面利用设计出的旋流除砂器进行油砂分离,分离出的砂粒落入井底,净化后的井液通过电潜泵被举升到平台,从而延长电潜泵使用寿命;为避免砂粒在井底堆积造成砂埋油层及电潜泵问题,清砂方面利用与电潜泵一起下入井下的射流泵清除井底积砂。利用电潜泵输出的部分高压采出液作为动力液提供给射流泵,将积砂从井底举升到平台井口,省去海上平台提供动力液的装置,缓解海上采油平台空间紧张问题。
  本文针对海上某区块油井工况:油井深1500m、套管尺寸为7时套管、电潜泵下泵深度800m、沉没度400m、正常采油时电潜泵处理量为300m3/d,做海上油井不停泵除砂清砂技术研究。为优化旋流除砂器,使用fluent软件对其进行结构优化计算分析,结果表明,除砂器流量为300m3/d时,16mm的入口宽度尺寸、Φ120mm的挡砂板直径可满足油井工况下的高效分离要求。最后进行了不同工况对除砂效率影响的总结仿真研究。
  使用fluent软件及正交试验法对井底清砂用射流泵进行了结构参数优选,结果表明,面积比为0.25、喉嘴距为3.45mm、喉管长为36.8mm、喷嘴锥角为14°、喉管入口斜角为60°的射流泵抽砂性能较好。此外,探讨了颗粒直径对抽砂性能的影响。
  最后,为计算方便,提高不同工况下射流泵设计效率,方便用户针对不同工况进行射流泵下泵深度、动力液量等参数试算,采用Python编程实现射流泵结构设计软件开发。
[硕士论文] 徐静
仪器科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:石油与人们衣食住行方方面面都息息相关,近年来人们在全球各地发现的大型油气田中,60%以上都是海洋油气,这表明了海洋油气将是人们往后生产生活所需油气的重要来源。而如何保证深海石油钻探的安全生产,成了一个至关重要的问题。因此在深水钻井过程中若是能及时检测到有地层孔隙中的气体侵入钻井液中,就可以极大限度减少井喷事故的发生。目前国内外应用较多的气侵检测方法有泥浆池液面检测法、泥浆出口流量差法,随钻气侵检测技术、多参数综合检测法等。
  本文在分析了相关的气侵检测方法的优点和不足之处以及应用情况后,研究了一种基于非定向连续超声波多普勒原理的气侵检测方法,当超声波在钻井液中传播时遇到气泡会被反射回来,在发射信号和接收信号之间由于随钻井液流动的气泡的反射作用就会产生多普勒频移。通过对接收信号进行分析得出钻井液的流速信息和气泡的含量信息。本课题中以采集信号的处理部分为重点,对信号从时域和频域进行分析,时域上通过提取信号的峰值相关信息;频域上对信号做谱估计得到信号的平均频率和功率,作为流体的流速和气体含量在回波信号中的反映,以此得出这些信号的特征量与流速和含气量之间的关系。由于气泡在管道中的大小和分布的随机性,并且考虑到声波在钻井液中的传播衰减特性,对信号的分析中采用了加权处理。设计的检测软件实现包含了信号的采集、实时数据分析、结果的存储与显示以及历史数据处理功能。
  论文最后在气侵模拟实验装置上进行了室内模拟实验,包括了在不同流速和含气量的情况下进行的清水实验和不同密度的泥浆实验,并对每组实验条件都进行了多次重复实验,采集了大量数据。通过所采集到的数据对流体的流速和含气量进行检测,对这些实验数据的分析结果表明,在实验中气侵检测软件能够检测出气侵情况。
[硕士论文] 党焱
海洋油气工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:井眼净化技术是大位移钻井的关键技术之一,保证井眼清洁对安全快速钻进具有十分重要的意义。大位移井具有井斜角大、水平段长等特点,钻进过程中岩屑颗粒很容易沉积到井眼低边而形成岩屑床,且在隔水管存在的情况下,岩屑颗粒的运移易受海洋低温、环空返速、钻杆旋转以及岩屑粒径等因素的影响。若不能保持良好的井眼清洁,将会引起憋泵、卡钻等诸多问题,严重影响着钻井效率、钻井成本、井身质量及钻井安全等。因此,研究井眼净化技术对于海洋大位移井的快速发展具有很大的指导意义。
  本文在充分调研岩屑运移相关理论的基础上,采用数值模拟和理论研究相结合的方法,开展了海洋大位移钻井井眼净化技术的优化研究。借助Fluent流体力学软件模拟并分析了井筒环空岩屑颗粒运移的影响因素,并确定了各因素的影响程度;总结并归纳现有井眼净化的计算模型,针对其存在的不足之处,以斜井段为主要研究对象,建立了一套简单而实用的井眼净化模型,并通过实例计算验证了模型的准确性;基于所建模型,采用Visual Basic6.0作为集成开发环境,研发了井眼净化效果预测与分析软件,并对该软件的合理性和准确性进行了验证。
  研究结果表明:环空温度存在临界值,且温度高于此临界值环空岩屑体积浓度基本不变;随着钻井液n、k值的增大,环空岩屑体积浓度显著减小,说明携岩效率对钻井液流变参数较为敏感;在所有的影响因素中,钻井液n、k值的影响最大,其次是环空返速、岩屑粒径及环空温度,而钻井液密度和钻杆旋转对岩屑运移规律的影响相对较弱;在现有计算模型的基础上,通过简化计算参数,建立了一套简单而实用的井眼净化模型,并以胜利油田8口大位移井的钻进参数为依据,验证了模型的准确性。
[硕士论文] 王刚
海洋油气工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:海上钻井在油气勘探开发工作中具有重要的地位,是海上油气资源高效安全开发的重要手段之一。在海上钻井中,受钻井设计和施工不当等因素影响,极有可能造成井喷事故。井喷是海上油气勘探开发作业中最严重的事故之一,不仅会带来重大的人员伤亡和财产损失,而且还可能造成巨大的环境灾难。为了有效的预防井喷事故的发生,开发实时监测、反应迅速、动态响应的海上井喷实时监控系统就显得尤为重要。因此,开展海上井喷实时监控系统研究,对于确保油气资源的经济安全开发具有重要的实际意义。
  本文在动态跟踪国内外对井喷事故研究的基础上,通过分析影响海上安全钻井的风险因素,基于改进的事故树分析法,计算了各风险因素的相对权重,确定出引发井喷的关键因素;根据海上钻井关键实时参数的异常变化,建立专家系统与基于Hadoop的贝叶斯网络判别模型,进而实现作业过程中井喷事故的及时预判;结合海上特殊作业环境的实际,设计了海上井喷实时监控系统的总体架构,搭建了该系统中的关键模块(关键风险因素监测模块、钻井参数实时监测模块、事故预警模块和事故处理模块),考虑影响井喷事故的关键风险因素和不同钻井工况下井喷发生时关键参数的异常变化,提出了趋势预警和实时预警的双预警机制;借助VisualStudio2015开发平台,基于VB.NET编程语言,开发出海上井喷实时监控系统(由安全登陆模块、初始设置模块、数据采集/存储模块、判别/预警模块和控制模块五大模块构成),并通过实例分析了该系统的可靠性。
  研究结果表明:防喷器故障、节流管汇故障、隔水管破裂等因素对井喷的发生具有重要影响,而泥浆密度计失效、缺少扶正器等因素的影响相对较小;采用改进的事故树分析法方法,可减少计算过程中的误差,其结果更符合实际;专家系统与基于Hadoop的贝叶斯网络判别模型具有事故判别准确性高、实时性较强的特点,可对获取的关键作业参数进行快速处理与分析,能够给出可靠的判别结果;所提的双预警机制可实现对井喷关键风险因素和钻井作业关键参数的协同监测,且具有实时性、可靠性的特点;海上井喷实例的验证结果表明,所开发的井喷实时监控系统与实际较为吻合,具有一定的推广价值。
[硕士论文] 张滔
交通运输工程 浙江海洋大学 2017(学位年度)
摘要:伴随着人们对石油需求的日益增长,陆上油气储量将会逐渐下降,人类对海上油气资源开发步伐不断的加快。海洋开发是一种“高技术、高投入、高风险”的作业,因此迫切需要对海洋平台建设中可能发生的危险进行科学地辨识、评价、预警和预控,这也成为海洋平台作业中面临的重大问题。
  本文以美国墨西哥湾深水地平线钻井平台为案例,采用两种理论方法对平台进行安全评估分析。
  1.事故树分析法应用与验证
  基于事故树分析法(FTA)的基本理论及其分析步骤等相关知识,创新性地构建了海洋平台事故树,综合因素分析与计算的结果表明,美国墨西哥湾深水地平线钻井平台井喷的主要原因在于人为失误。
  2.三角模糊-层次分析法应用与验证
  基于层次分析法,运用其计算理念对海洋平台事故的影响因素进行了专家打分,并计算出各个因素的权重,在此基础上引入三角模糊数进行分析评价,评价结果与事故树分析法相一致。
  为了尽可能地降低事故发生的可能性,针对海洋平台中存在的主要危险因素,本文提出了从根本上预防、关键处控制顶事件这两大层面的有效解决措施。
  本文限于收集的指标数量和范围尚不足够,研究结果具有一定的不确定性。
[硕士论文] 王耀稼
海洋油气工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代钻井技术的发展,为了满足日益增长的油气开发需求,逐渐发展出了大位移井钻井技术。由于大位移井水平段较长,在下套管作业中管柱时常会受到摩擦阻力的影响,使套管无法顺利下入目的层位。为了解决这一问题,大位移井完井作业多使用漂浮下套管技术。漂浮下套管技术实际上就是利用密封装置在下部套管内密封一定的轻质溶液或气体以减轻在套管下入过程中管柱所受正压力,从而达到降低摩阻效果的一种技术。在漂浮下套管作业中,要达到最佳作业效果,需要对套管的受力情况进行分析,从而得到漂浮长度、钻井液密度、摩阻系数等参数的最优组合。因此,通过理论模型对应用漂浮下套管技术时的套管摩阻及大钩载荷进行预测,优化漂浮长度、钻井液密度、摩阻系数等参数,对漂浮下套管技术的现场作业效果有非常重要的指导意义。
  本文首先利用三次样条插值法对井眼轨迹数据进行插值拟合;基于井眼轨迹拟合数据对管柱进行受力分析,分别建立了套管柱的“刚杆模型”、“二维软杆模型”、“三维软杆模型”;根据漂浮下套管技术的独特工况,考虑管柱屈曲和波动压力的影响,建立了漂浮下套管技术的摩阻力学模型。
  其次,在建立的理论模型的基础上,利用Python语言开发了漂浮下套管技术优化设计软件。通过对南海西江24-3-A14井进行实例计算,证明了软件计算结果的准确性。
  最后,应用控制变量法,对影响漂浮下套管技术作业效果的因素进行理论分析,为现场工程实践提供了必要的理论支持。
[硕士论文] 吕国兴
船舶与海洋工程 浙江海洋大学 2016(学位年度)
摘要:自升式钻井平台是移动式海洋平台,在海洋石油开发中最为常用。海洋平台是海洋油气资源开发的基础性的设施,所处海洋环境恶劣,风、海浪、海流、地震等灾害威胁着平台结构的安全,结构疲劳强度和极限强度受到严重影响。桩腿作为海洋平台的支撑结构,影响着平台的安全以及稳定性,而桩腿所用材料昂贵,对桩腿优化要考虑桩腿的动力性能,所以对桩腿采取的是基于动力性能的多目标优化。
  首先,对自升式海洋平台静力动力分析。利用软件建立自升式海洋平台三维模型,根据环境载荷的入射角讨论5种工况,根据规范施加边界条件,载荷根据甲板载荷图施加,完成静力分析以后,选取最危险的一种工况,进行动力分析,并校核桩腿的屈服以及屈曲强度。
  其次,对桩腿结构进行单目标优化。对桩腿进行分段,以桩腿厚度为设计变量,动位移、动应力以及固有频率为约束条件,优化时,质量为目标函数,若只考虑质量最小,桩腿厚度的取值偏向与设计变量的下限。然而,表现平台振动情况的加速度变大了,所以有必要进行多目标优化。
  最后,对桩腿进行多目标优化。首先对设计变量分析其对桩腿加速度的灵敏度,采取与单目标优化相同的设计变量以及约束条件。目标函数是质量最小以及自存工况下加速度最小。
[硕士论文] 杨尊儒
船舶与海洋工程 浙江海洋大学 2016(学位年度)
摘要:目前,全球油气行业正在加速向海洋进军,海洋油气资源已成为当今乃至未来各方争夺的焦点,采油平台及立管得到了迅速的发展。从已投入生产的平台来看,张力腿平台的安全性较高,张力腿平台多数为干树采油树平台,生产立管以顶张式立管为主。
  海洋立管连接海洋浮式平台及水下生产系统,与浅水立管相比,深水立管处于更复杂的环境中,已经成为整个深水油气开发装备的关键部位,也是整个系统中较为薄弱易损的部件之一。在浮体运动、环境载荷和内流共同作用下,紧密排列的相邻立管具有不同的运动响应,易引发立管之间的碰撞,产生较大的碰撞应力,影响立管的安全运行。
  本文详细阐述了国内外立管碰撞问题的研究进展,分析了立管在作业期间受到的环境载荷、功能载荷以及上部浮体的偏移等,其中遮蔽效应、波激振动、涡激振动是导致立管发生碰撞的主要诱因。运用OrcaFlex模拟了百年一遇海况下立管的整体碰撞,将立管分为多段并分别求对应的拖曳力系数,考虑了立管间距、上部浮体运动、尾流场模型、拖曳力系数等敏感性参数,得到了碰撞位置、速度、次数等信息。以整体碰撞分析为基础,提取碰撞瞬间的弯矩和速度,采用ABAQUS模拟了立管局部碰撞,从考虑水耦合和不考虑水耦合两方面对比分析了碰撞速度、内压、摩擦系数、角度对碰撞结果的影响。应采取适当措施,如合理安排立管间距,在易发生碰撞区域增加安全措施,避免立管之间的接触或碰撞。
[硕士论文] 孙鹏飞
海洋油气工程 西安石油大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,随着海上油气开发作业的不断增多,利用压裂技术实现海上油气增产也逐渐增多。由于海上压裂作业的特殊性,压裂的实时监控技术显的尤为重要。研究海上压裂的实时监控具有重要的现实意义。
  本文从海上压裂作业的特点出发,总结海上压裂的经验、实例,分析总结典型压裂特征并以此为基础设计压裂实时监控系统框架。首先,总结典型压裂特征和压裂常见问题及解决措施,压裂裂缝监测方法并用有限元模拟软件ABAQUS研究含有天然裂缝的裂缝延展规律。第二,应用范例匹配方法及改进算法的离散Fréchet距离判断压裂曲线相似度,选出合适阈值,实现压裂实时解释并提出压裂解释与优化方法。最后,设计了压裂实时监控系统框架,介绍模块推理过程,通过现场压裂数据进行模块应用测试,初步验证了压裂实时监控系统的可行性。
[硕士论文] 公彬
采矿工程 山东科技大学 2016(学位年度)
摘要:煤炭、石油、天然气一直以来作为人类社会的三大主体能源,支撑着整个人类社会,推动着人类社会的不断发展,然而,由于大量使用化石能源致使全球环境日益恶化,温室效应等环境问题日益突出。随着全球化进程的逐步深化,未来世界的竞争将是能源的竞争,天然气水合物作为一种新型能源以其高热量、储量大和绿色环保的特点引起了世界各国的极大注意。掌握天然气水合物的开采技术就等于掌握了未来世界竞争的话语权。
  深海天然气水合物的大规模商业化开采可能会引起海底变形沉降、开采井坍塌、海底滑坡等。本文针对深海天然气水合物开采所涉及到的工程力学问题,对已开展的天然气水合物人工试件实验室实验,利用模拟软件 PFC及有限差分软件 FLAC3D做了验证,以期为我国深海天然气水合物安全开采提供理论依据与技术支持。
  利用颗粒流离散元软件PFC建立多孔介质数值试件研究天然气水合物力学特性,与室内实验结果进行了对比,确定了模型的可靠性,解决了物理实验中天然气水合物试件制作费时及不可重复的问题。
  构建了流体-热-力学耦合的力学模型,利用有限差分法软件FLAC3D预测了南海神狐海域天然气水合物开采海底变形范围及变形特征。通过分析不同的开采方法时海底的沉降特性,对南海神狐海域天然气水合物开采进行了评价。
  提出了通过构筑二氧化碳水合物人工顶板控制天然气水合物开采对海底变形影响的思路,对比了二氧化碳人工顶板构筑前后海底的变形范围,验证了该思路的可行性。
[硕士论文] 宣羿
电气工程 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:海上石油平台向陆上输油环节,需要采用高压大功率电动机,通常平台内自带柴油发电机组,无法满足功率需求,而需要陆上电网供电。在平台离岸距离较远的情况下,采用直流输电经济性较高。海上石油平台的大功率输油泵通常由高压电缆绕线式同步电动机驱动。电动机负载对于陆上交流电网来说,可以认为是远距离大负荷无源系统,适合通过模块化多电平换流器(Modulator MukilevelConverter,MMC)向其供电。由于大功率同步电动机启动过程复杂,并且离岸距离远检修不便,因此要求系统能长期稳定运行并具有较强的故障穿越能力。根据海上石油平台的上述特性,本文做了如下工作:
  (1)分析了同步电动机与模块化多电平换流器的数学模型,提出了一种采用柔性直流输电技术为平台机组供电的方法,将高压直流输电(High VoltageDirect Current, HVDC)的研究成果与电机驱动相结合,并对其进行了建模分析。
  (2)搭建了该系统在PSCAD/EMTDC下的数字仿真平台,实现了系统的稳态运行。并且对系统的调速特性和负荷抗扰动能力进行了测试,并且对结果进行了分析。
  (3)分析了送端与受端瞬时接地故障对系统的影响,根据故障特性,采用了直流电压限幅控制以抑制送端接地故障下功率缺额对受端系统的影响;提出了无功-电压下垂控制以提升在受端发生瞬时金属性接地时的故障穿越能力。在搭建的仿真平台上对其进行了测试,并且进行了分析。
[硕士论文] 牛志民
电气工程 华北电力大学 2016(学位年度)
摘要:动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。可靠性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。选择性、灵敏性和速动性主要取决于保护的定值和动作时间。保护定值整定时,灵敏性与选择性的保证与运行方式的选择密切相关,保护整定的最大运行方式是以当前运行方式为主,考虑一定的检修方式;最小运行方式是以当前运行方式为主,考虑一定方式的组合。而实际电力系统主要运行于当前运行方式,此时保护的选择性、灵敏性和速动性是否达到要求,则需要进行详细的论证。
  海上石油平台电力系统具有自身的特点,这决定了保护的整定规则和短路计算与陆地大电网有明显区别,而现有的整定计算与校核软件普遍是针对陆地大电网。本文结合海洋石油平台电力系统的特点,从保护三性要求的角度出发对继电保护整定计算与在线校核软件进行了深入的研究。
  首先对海洋石油平台电力系统继电保护整定与在线校核软件的整体体系方案进行了设计,主要包括图形建模模块、故障计算模块、整定计算模块及定值校验模块,并对各模块的主要功能进行了设计。
  其次为了满足海上石油平台短路计算的要求,开发了基于IEC61363和IEC60909标准的短路计算程序。为了提高软件的通用性,在整定计算模块中,开发了基于型号的保护装置配置方法,及可编辑的整定规则库。
  最后提出了针对选择性、灵敏性和速动性的分项保护定值在线校验的方法,同以往的在线校验方法相比校验效率有了很大提高。
  本文研发的海洋石油平台继电保护整定计算与在线校核软件已成功在中海油推广使用,对整定计算和在线校验软件的正确性得到了验证。
[硕士论文] 钟健樑
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:海上油田群电网是指利用海缆将空间上相近的油气平台连接所组成的小型独立微网,较之传统各平台单独供电的方式,海上油田群电网可保证油气田开采设备的供电可靠性和经济性,因此已逐渐成为海上油气平台供电方式的发展方向。
  近年来,随着风电和储能技术的不断进步,中国海洋石油总公司计划在海上油田群电网中引入适量的风电及储能系统,以降低电网燃气轮机组发电耗气量并减少石油生产过程所产生的二氧化碳等温室气体的排放。但由于海上油田群电网运行条件较为恶劣,缺乏大电网的调度运行经验,在原有电网基础上引入风电及储能系统后,海上油田群电网的控制变量进一步增多,也加大了电网的调度控制难度。
  针对上述问题,本文提出了海上油田群电网功率协调优化体系,通过控制资源、时间和控制目标等三个维度的协调,将含随机变量的复杂调度问题转化为规模较小的可求解的优化问题,并给出了相应的算法。
  在控制资源维度上,本文主要考虑风电、储能及火电三种控制资源,并分别建立了考虑风电投切控制的机组组合模型与考虑风电及储能的机组组合模型,前者主要针对小负荷海上油田群电网海缆过载能力弱、接入风机数较少的情况,将风机等效为投切状态可控的随机电源,利用L型分解法对模型进行求解,实现风电与燃气轮机组之间的协调优化;后者则基于大负荷海上油田群电网,在机组组合模型中引入大容量风电及储能系统,采用Benders分解法求出风-储-火多电源协调的机组启停计划,实现海上油田群电网功率在控制资源维度上的协调优化。
  在时间维度上,本文将控制时间尺度分为日前与实时,根据风电及负荷的预测精度随预测时间的缩短而提高这一特点,建立实时最优潮流模型,在日前机组启停计划己知的基础上,根据风电及负荷实时预测数值,对各电源出力进行实时调整,实现日前启停计划与实时调度的协调优化。
  在控制目标维度上,本文根据电网实际需要把控制目标分为经济与安全两部分,并提出对应的有功及无功衡量指标,将有功/无功指标加入到最优潮流目标函数中,并利用内点法与快速分支定界法相结合的算法对模型进行求解,实现了有功与无功的协调优化。
[硕士论文] 杨威
石油与天然气工程 西安石油大学 2015(学位年度)
摘要:海洋石油勘探开发经过近40年的发展,近海整装大中型油气田的勘探难度不断增大,为保证产能接替和国家能源安全,越来越多的中小型构造岩性油藏被陆续发现和投入开发。
  W油田北块位于南海北部湾盆地北部涠西南凹陷,构造内断层发育,东西两翼岩性尖灭,为构造岩性复合油藏。探明含油面积6.56km2、地质储量1683.63×104m3;主要储层发育于古近系流沙港组流一段,纵向上分为5个油组。油藏天然能量匮乏,为合理注水开发,本文以储层沉积学、油藏开发地质学、油藏工程等多学科为指导,综合地震和测井解释、试油试采、取心和化验分析等资料,研究南海W油田北块的地质构造特征、储层沉积相、油藏特证,开展油层划分和对比、明确油藏类型和地质储量。运用油藏工程方法,研究确定海上构造岩性油藏最优注水开发技术政策,结合油藏地质建模和数值模拟研究,经过开发敏感性参数分析优化比选,针对南海W油田北块提出合理注水开发技术和开发方案,对海上相似油藏的后续开发具有重要借鉴意义。
[硕士论文] 任秀芳
项目管理 天津大学 2015(学位年度)
摘要:中海油近5年国内油气田开发数量迅速增长,仅2014年,中海油便有13个新油气田项目投产。由于海上油田多项目齐头并进,成倍增长的工作量造成专业技术人员短缺、建造场地和大型船舶机具资源严重不足,在项目资源有限和工期固定的双重约束下,导致项目工期延误。关键链充分考虑了资源约束的重要性,强调在项目实施中对资源进行动态管理并持续改进,适合海上油田区域开发项目资源管理。但是目前国内外研究中对关键链缓冲区设置方法多数采用统一标准的设置方法,没有考虑项目的实际情况和特点,与海上油田区域开发项目资源管理的实际情况相偏离。
  针对海上油田区域开发项目工期延误中存在的资源约束问题,本文分析了海上油田多项目管理中资源分配现状,运用关键链方法对海上油田区域开发工程多项目资源配置进行优化,设计关键链动态多项目资源配置计划模型,采用启发式算法识别出项目关键链,同时改进了关键链的缓冲区设置方法,按照项目工序自身特点对其赋予风险系数,设置项目缓冲时间。并对关键链缓冲区消耗情况进行监控,关注关键链和非关键链接口处的缓冲时间,确保关键链上的任务不会因为等待非关键链上任务的完成而延期开始,避免出现非关键链转变成新的关键链。本文以垦利3-2油田区域开发工程项目为例,对该资源配置计划模型进行检验,通过关键链的识别,设置缓冲区大小和实时监控对资源配置进行优化,证实该模型的有效性和适用性,不但缓解了项目间的资源冲突,而且缩短了多项目建设总工期。
  本文研究结果不仅充实了海上油田区域开发工程项目管理的相关理论基础,还为海上油田动态多项目管理提供了有效的资源配置方法,使海上油田多项目管理中的资源配置过程更切合实际。但对于不同专业领域的关键链的应用还有待于研究。
[博士论文] 姚宇鑫
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2015(学位年度)
摘要:随着海洋油气开发持续向深水推进,浮式海洋平台作为深海开发最为基础和重要的工程装备,其相关问题成为国内外研究的热点。目前,全球范围内广泛应用的各类浮式海洋平台,如张力腿平台(Tension-Leg Platform,TLP)、半潜式平台(Semi-Submersible)和Spar平台等,均存在着明显的不足。TLP平台张力键的自重随水深增加而急剧增大,半潜式平台和Spar平台的承载能力有限且需要众多辅助系统配合工作,这些都极大地限制了上述类型的平台在深海环境下的应用。因此,近年来浮式海洋平台呈现出向多功能一体化发展的趋势。作为这一理念的成功实例,浮式生产储油系统(Floating ProductionStorage and Offloading system,FPSO)和浮式钻井生产储油系统(Floating DrillingProduction Storage and Offloading system,FDPSO)等概念越发受到青睐。
  本文的主要工作是在对各类深水浮式平台的性能进行分析、总结的基础上,提出了一种沙漏型浮式结构物的新概念,并在此基础上完成了一种新型FDPSO的外形初步设计,使其在保持传统船型和圆筒形FDPSO优势的同时具有抵抗深海恶劣海况的能力。该系统包括沙漏型浮体和与之相匹配的各种功能模块,以期为深水油气开发提供一种全新的工程装备和解决方案。本文的研究内容包括以下几个方面:
  针对新型对接圆台状沙漏型的浮式主体,采用水动力分析软件AQWA研究了浮式主体的水动力性能。定性分析了下倾角、水线面半径和排水体积对于浮体所受波浪载荷和运动响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO)的影响。
  进一步,分析了浮体粘性阻尼和非线性回复刚度对垂荡运动响应的作用。采用势流理论和工程近似方法推导了新型浮体所受的垂荡入射、绕射波浪力和附加质量的近似表达式,进而推导出垂荡运动RAO最小值处频率的估算公式。然后根据稳性的定义和浮体外形的几何关系得到浮体初稳性的计算公式,概括出需要遵循的设计准则,并制定出沙漏型浮体外形的设计方案。
  依据此方案设计出新概念沙漏型浮式主体,并与具有相同功能的圆筒形浮体(SevanMarine公司提出)和八角形浮体(中国海洋石油总公司提出)进行比较。通过比较稳性、浮体垂荡和纵摇运动RAO以及甲板上浪次数可以发现,相比圆筒形和八角形浮体模型,沙漏型外形设计能够显著提高平台的稳性和各项水动力性能。
  为了更好地验证沙漏型概念的性能优势以及理论分析方法的正确性,进而论证沙漏型浮式平台主浮体设计原则和方案的可行性,进行了物理模型水池试验。试验主要针对沙漏型浮体的水动力性能,如纵(横)摇运动周期,粘性阻尼系数,运动RAO,不规则波作用下的运动响应等。试验观测结果验证了沙漏型浮式平台的性能优势,并且为后续设计与分析计算提供了依据。
  在此基础之上,分析月池形状和尺寸对沙漏型浮体水动力性能的影响,制定了沙漏型FDPSO浮体外形参数设计方案,通过对比传统船型、圆筒形和半潜式三种浮体模型的垂荡和纵摇等运动性能,确定了沙漏型FDPSO的性能优势。此外,进一步研究了初始重心位置和惯性矩对平台水动力性能的影响,为后续设计提供了理论依据和设计原则。
  配合沙漏型新概念浮式平台,选择了适合于深海作业环境的绷紧式系泊系统,并分析了浮体低频纵荡阻尼、风流载荷系数、系泊缆拖曳力系数、系泊缆悬挂点和悬挂角度等对系泊性能的影响。依据规范要求,对所设计的绷紧式系泊系统进行了强度和限位性能的校核。针对疲劳分析,在规范要求的基础上,将纤维缆的动刚度特性引入疲劳损伤预报中。最终,给出了具有工程实际意义的指导性结论,为沙漏型新概念FDPSO提供了经济可靠的深海系泊方案。
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