针对江汉油田油水井在生产过程中油管悬挂器与井口大四通发生粘连,作业时解卡安全风险高、耗时长的问题,研制出一种油管悬挂器液压脱困装置。现场应用表明,该装置在满足施工作业安全要求的基础上,可以快速解决油管悬挂器粘连问题,降低作业施工劳动强度和安全风险,提高作业效率,为油田降本增效提供技术保障。

为研究自紧式金属密封环的最佳预压缩量及其密封性能受工作介质压力和温度载荷变化的影响规律,以一种油管悬挂器K形金属密封环为例,利用Workbench软件建立了水下采油树油管悬挂器出油口处的K形密封环有限元模型并进行分析。研究结果表明:K形密封环在下放安装工况和生产工况均能保持良好的密封性能;安装工况下K形密封环最佳预压缩量范围的下限由其进入塑性阶段时的压缩量作为评判指标,上限由压缩量对塑性变形面积、 接触宽度和接触应力的影响共同判定;随着生产工况介质压力的升高,K形密封环实现自紧密封且接触应力显著提高,同时K形密封环的最大Mises应力始终小于材料的强度极限,保证了密封整体结构的完整性。研究结果可为K形密封环的结构设计及优化提供基础,并为类似异形金属密封件的参数设计提供依据。

油管悬挂器是水下采油树的关键机构,其生产技术基本上被国外厂家所垄断。为了满足企业实际生产中的需求,提高作业效率,自行设计了一种液压式油管悬挂器。针对新设计的液压式油管悬挂器,应用SolidWorks软件建立三维仿真模型,并对临界接触及最大坐封环压力、最大环空压力等工况下的锁紧环强度进行了仿真分析。

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。