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[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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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。
[硕士论文] 晏姗姗
安全工程 兰州理工大学 2015(学位年度)
摘要:海洋立管是连接海洋平台、海底管道的重要组件,但是,却是相对薄弱的环节。由于海洋环境以及自身结构的特殊性,立管容易发生腐蚀与裂纹缺陷,导致承压能力下降,最终发生安全事故,造成巨大的人身伤亡事故及经济损失,所以对立管的安全评定准则进行研究是很有必要的。
  本文介绍了海洋平台立管的风险管理体系,给出了风险管理体系的主要目标。针对立管的特殊环境,对立管进行风险识别,找出了潜在的危险源,所占权重较大的为裂纹型缺陷以及腐蚀型缺陷。介绍了腐蚀型缺陷及裂纹型缺陷的安全评定准则,并且对各个准则进行分析对比,找到其中的不同,并且给出它们所适应的安全评定范围。针对其中的不足之处,提出了相应的意见及建议,使海洋平台立管的安全评定工作更加安全高效。针对单个腐蚀型缺陷进行实例分析,建立了腐蚀长度、宽度、深度之间的有限元模型,并且对有限元法与传统的安全评定准则进行对比研究。研究表明:ASME B31G评定准则对于海洋平台管道失效压力的计算结果偏于保守,从经济效益方面考虑,不适合平台管道的失效压力计算;DNV-RP-F101评定准则计算结果随腐蚀深度或长度的变化而变化的幅度较大,不适合腐蚀深度或长度过大的缺陷评定;PCRROC评定准则在一定程度上解决了保守性问题;有限元模拟结果比较接近于试验结果,在一定程度上改善了失效压力计算的保守性,在最大程度上减小损失和危害,可以为海洋平台管道的安全运行和决策提供依据。
[硕士论文] 张晨
水利工程 中国海洋大学 2015(学位年度)
摘要:水下生产系统是经济、高效开发边际、深海油气田的关键技术之一,目前水下生产系统在国外已较为成熟、经过了大量工程项目实践检验由于我国深水油气田开发起步较晚,目前水下生产系统在应用方面缺乏经验,这一现状影响了我国深海油气资源的开发。水下生产基础所处的海洋环境一般非常恶劣,在波浪、潮流等水动力作用下,水下生产基础附近底沙极易发生搬运、侵蚀,从而导致海底水下生产系统冲刷,失去稳定性,进而引发海底管道断裂等破坏事故,造成巨大的经济损失和环境污染。
  水下生产系统是由水下井口等整套水下生产设备及海底管道组成的海上油气生产系统。具有投资低,水下设备可重复利用,油井布置灵活,受自然灾害影响小等优势,广泛应用于深水油田以及边际油田的开发。
  本文依托于国内某海油公司委托的水下生产基础的物理模型实验,以保证近底流速同原型满足重力相似准则的模型实验做为主要的研究手段。主要研究工作如下:
  1)本文以经一定比例缩小后的水下生产基础模型为研究对象,在不同的波流联合工况作用下获得结构物周边区域流场变化进行分析研究。通过施加不同的波速、流速的工况组合,在特定的工况组合下进行全程的数据采集。经后续的数据处理,对水下基础附近的流场进行较为全面的分析;在揭示水下基础对周边流场的影响变化的同时,重点对水下基础迎流面和北流面进行分析研究,总结在波流工况下水下生产基础结构物附近的流场变化规律。
  2)本文对不同的波流联合工况下结构物附近的冲刷坑的平面冲刷形态、平面冲刷区域分布进行分析,在满足实验要求的同时进行边界条件相应简化处理。在近底流速同原型满足重力相似准则的实验条件下进行探索性实验。通过不同的波流联合工况的组合主要观测结构物迎流而和被流面的泥沙冲淤形态,并且对其分布进行分析研究规律。另一方面可作为重要的实验成果为实际工程提供理论参考,具有很高的应用价值。
  3)本人基水下生产基础结构模型进行波流联合作用下的局部冲刷物理模型试验研究,分析在不同的工况下的冲刷深度与基础冲刷形态的规律。并通过水下摄像对实验过程中水下基础结构物附近的泥沙启动进行有效捕捉;水下摄像则主要对水下基础结构物附近的泥沙冲淤形态进行实时的监控。通过实验后全站仪测量在获得不同工况下,特征冲刷区域的最大局部冲刷深度,并进行分析研究。
[硕士论文] 沈治涛
能源与环境工程 大连理工大学 2015(学位年度)
摘要:天然气水合物具有储量巨大、分布广泛、燃烧清洁等诸多优点,因此被全世界公认为最具有潜能的新型替代能源。但是在开采过程中,水合物的相平衡条件被破坏,会对水合物沉积层的力学稳定性产生影响,进而产生应力场分布不均的现象,形成海底滑坡等灾害,进一步影响到地质构造的完整性和工程设施的稳定性;另外,开采过程中可能泄露大量的甲烷气体,散逸到海水和大气中,引起气候变化。因此,天然气水合物开采之前,需要对水合物沉积层的力学性质给出充分地研究和评价。
  在天然气水合物众多的开采方法中,CH4-CO2置换法作为一种新型的开采方式得到了人们的极大认可,因为这种方法不仅可以将贮存在海底的CH4气体置换出来为人类所用,而且还能够将造成温室效应的CO2气体封存在海底。为了评价CH4-CO2置换开采后水合物沉积物基础力学性质的变化,本文主要进行了以下研究工作:
  首先,利用自主研制的低温高压天然气水合物三轴仪对CH4水合物,CO2水合物进行混合,生成CH4-CO2水合物沉积物进行压缩剪切实验,分析和比较了CH4、CO2两种水合物以不同的比例配比生成沉积物力学性质随着二者含量不同的变化情况。结果表明,在相同剪切条件下,随着CH4-CO2水合物沉积物中CO2水合物含量的增加,沉积物的强度逐渐增大,CH4-CO2水合物沉积物的强度始终比纯CH4水合物沉积物强度大,且小于CO2水合物沉积物强度,根据摩尔库伦准则分析,可以发现内聚力随着CO2水合物含量的变化影响不明显,内摩擦角与CO2水合物含量呈现明显的增加趋势。
  另外,本文还对CH4-CO2水合物沉积物力学性质随着围压、温度、应变速率、孔隙度变化关系进行了研究,结果表明:强度随影响因素的变化与纯水合物沉积物变化趋势基本一致。当围压介于0-5MPa之间,沉积物破坏强度随着围压的增加呈现增加,即围压增强效应,当围压达到5MPa以上时,破坏强度反而呈现下降趋势,即围压减弱效应;随着温度的降低,破坏强度增加,但是破坏强度增长速率却逐渐减小;随着应变速率的提高,沉积物的破坏强度呈增大趋势;沉积物的强度与孔隙度的之间呈现出相反的变化趋势。
  另外,在本文中,对不同粒径的石英砂和高岭土混合生成CH4水合物沉积物力学性能进行了研究,实验结果表明,随着粗砂粒含量增加粒径,甲烷水合物砂质沉积物的破坏强度变大。
[硕士论文] 寇群浩
控制理论与控制工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:胜利埕岛油田是我国第一个大型浅滩油田,其基本过程控制系统已经应用多年,实现了采油卫星平台的无人化管理。但是由于采油平台处于恶劣环境之中,可能出现设备发生故障或参数超限现象。为避免或减少采油平台安全风险,需要设计安全控制系统。安全控制系统独立于基本过程控制系统,其合理设计对于保障海上油田的安全生产尤为重要。
  本文结合埕岛海上采油平台的生产工艺过程,通过对安全目标及安全功能的分析,完成油气生产安全联锁系统、电加热器联锁保护系统、闭排联锁保护系统、中心平台一键关机联锁保护系统及火气监测系统的设计。各联锁保护系统通过设计合理的联锁关断逻辑实现。对安全控制系统中检测温度、压力、液位、流量等参数的传感器、实现联锁逻辑的控制器以及执行元件进行选型。为了提高控制系统的可靠性,对安全控制系统的通讯网络、通讯模块和控制器进行冗余设计。
  埕岛海上采油平台采用集中显示和分散控制的集散式结构设计,逻辑控制器采用罗克韦尔公司的ControlLogix系列的PLC,利用RSLogix5000编程软件编写联锁关断逻辑控制程序,利用RSView32软件构建上位机监控界面。安全控制系统经过工厂测试,能够实现现场设备、PLC及上位机的通信,并且控制系统的各个控制功能能够满足安全控制要求。
[硕士论文] 巩志
控制理论与控制工程 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:近年来,随着嵌入式技术的迅猛发展,越来越多的自动控制设备在日常生活和工业生产上得到了广泛的应用。无线通信网络的崛起,凭借着承载业务多、传输速率快、支持远距离数据传输等特点,为工业自动化发展提供了丰富的资源。目前海上油田平台传统的数据采集采用人工现场采集方式,这种方式距离远、成本高、效率低,有时还受恶劣天气的限制,本文结合嵌入式技术与无线通信技术的优势,提供了新的思路和方法,解决了海上平台传统数据采集中的一些问题,同时为解决工业数据的无线采集方法提供了参考。
  本文开发了基于ARM与PLC的远程数据采集系统,同时结合现场实际情况,提出了系统的总体方案设计,确定了硬件选型和软件实现方案。系统以3G网络作为通讯载体,采用Modbus协议,同时利用Socket通信技术配合AT命令实现了现场数据的无线采集。主设备采用S3C2440A微处理器为核心,配合中兴公司的AD3812模块实现短信和邮件的完美应用。从设备采用AB-1756系列PLC作为控制单元,MVI56-MCM模块作为主从设备之间的通信桥梁。软件上,采用模块化设计完成系统各部分功能的实现。
  本文介绍了WinCE内核制作和开发环境搭建步骤,为上层应用程序提供了稳定的运行环境。概述了编程软件和硬件组态的使用,通过了解发送短信和邮件的实现原理,掌握了软件设计的编程思路。详细介绍了CPU冗余搭建与通讯模块配置过程,并借助ModSim32和ModScan32工具对主从设备之间的Modbus通讯进行了调试。最终成功将无线通信技术应用到海上油田平台智能设备中,充分证明了设计方案的可行性。本设计稳定可靠,具有一定的实用价值。
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