极地钻井平台井架保温装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种极地钻井平台井架保温装置及其设计方法，极地钻井平台井架保温装置包括保温墙和加热器，保温墙贴着极地钻井平台井架设置，为保护层与保温层复合而成的三层结构。极地钻井平台井架保温装置内设置加热器。极地钻井平台井架保温装置的设计方法，具体步骤如下：S1、获取极地冰区海洋作业区域环境参数；S2、获取极地钻井平台井架参数和保温材料参数；S3、计算极地环境下钻井平台井架保温层散热损失；S4、极地钻井平台井架保温加热有限元模拟；S5、分析极地钻井平台井架保温模拟数据；S6、极地环境下钻井平台带保温层井架风载校核；S7、确定极地钻井平台井架保温方案；本发明专利技术通过理论计算与软件数值模拟，可以设计极地环境下钻井平台井架的保温装置与方案。

Thermal insulation device for derrick of polar drilling platform and its design method

【技术实现步骤摘要】
极地钻井平台井架保温装置及其设计方法
本专利技术属于石油工程领域，具体地，涉及一种极地钻井平台井架保温装置及设计方法。
技术介绍
由于人们对于石油与天然气的需求量不断上升，而常规地区油气资源枯竭，目前世界各国都对极地海洋油气资源的重视加强。极地海洋区域蕴含着丰富的油气资源，根据俄罗斯等国的调查，北极地区原油储量和天然气储量，约为全球探明原油和天然气储量的25％和41％。随着北极冰川的消融，技术的进步，极地海洋油气的钻探活动也会越来越多，而极地海工装备已经成为俄罗斯、挪威、加拿大和美国等国家的研究热点，因此必须及早开展对极地海洋钻井相关课题的研究，对未来油气资源市场占据先机。尽管极地海洋区域蕴含着丰富的油气资源，但是由于北极海洋地区气温极低、海上风速比较大、暴风雪多、地理位置十分偏远、后勤保障困难、生态环境敏感以及海底浅层欠压实、井壁不稳定等问题，导致极地海洋钻井遭到了重重困难与挑战。极地海洋严酷的作业环境对海洋钻井提出了巨大的挑战，如果海洋钻井平台直接暴露于极地环境中，则会造成钻井液的性能发生变化，钻井管柱容易发生脆性破坏，钻井设备低温润滑失效，钻井设备低温密封失效，钻井设备和工具机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极地钻井平台井架保温装置，包括保温墙和加热器，其特征在于：保温墙贴着极地钻井平台井架设置，保温墙是由外侧的两层保护层与内侧的保温层复合而成的三层结构，极地钻井平台井架保温装置内设置加热器。

【技术特征摘要】
1.一种极地钻井平台井架保温装置，包括保温墙和加热器，其特征在于：保温墙贴着极地钻井平台井架设置，保温墙是由外侧的两层保护层与内侧的保温层复合而成的三层结构，极地钻井平台井架保温装置内设置加热器。2.根据权利要求1所述的极地钻井平台井架保温装置，其特征在于：保护层采用0.6～0.8mm的钢板或者铝板，保温层采用适用于极地钻井平台井架的保温材料，加热器采用热风机，热风机由风机与加热盘管组合而成，向井架内吹热风，以使井架内部温度保持在适合极地平台钻井作业的温度；保温材料采用岩棉或泡沫玻璃。3.权利要求1-2之一所述的极地钻井平台井架保温装置的设计方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、获取极地冰区海洋作业区域环境参数S2、获取极地钻井平台井架参数和保温材料参数S3、计算极地环境下钻井平台井架保温层散热损失S4、极地钻井平台井架保温加热有限元模拟S5、分析极地钻井平台井架保温模拟数据S6、极地环境下钻井平台带保温层井架风载校核S7、确定极地钻井平台井架保温方案。4.权利要求3所述的极地钻井平台井架保温装置的设计方法，其特征在于，需要获取的极地冰区海洋作业区域环境参数，包括：作业区域的作业时间；作业环境温度，包括空气温度和海水温度随季节的变化；平均风速、极大风速随季节的变化；防冻等级；抗冰等级。5.权利要求3-4所述的极地钻井平台井架保温装置的设计方法，其特征在于，需要获取的极地钻井平台井架参数，包括：井架的结构形式；结构设计温度；井架的尺寸；井架的V型门的尺寸；需要将井架内部加热到的温度；井架内部需要热量高的位置和需要热量低的位置；船级社；需要获取的保温材料参数，包括：保温材料的密度、导热系数、使用温度范围、防火性能、吸水率、可燃性。6.权利要求3-5所述的极地钻井平台井架保温装置的设计方法，其特征在于，通过收集到的极地冰区海洋作业区域环境参数与井架参数，分析极地钻井平台井架保温层传热的主要方式以及热量的来源和散失，根据船级社和国家标准的要求，建立极地钻井平台井架传热的数学模型，计算的内容有：通过极地钻井平台井架保温层的散热量，根据换气率计算进气加热的热量，极地钻井平台井架需要加热的总热量，极地钻井平台井架保温层的经济厚度；(1)计算通过极地钻井平台井架保温层的散热量：井架保温层内部的温度场也受多种因素的影响，传热过程主要包括：1)井架保温层内部空气与保温层的对流传热；2)通过井架保温层的导热；3)井架保温层与外界空气的对流换热；冷、热流体通过一块大平壁交换热量，其热流量Φ为：式中，A为面积，m2；e为厚度，m；Tf1为井架内部的空气温度，K；Tf2为井架外的环境空气温度，K；h为表面传热系数，W/(m2·K)；λ为材料的导热系数，W/(m·K)；井架保温层是保护层+保温层的多层结构，因此可以将其简化为通过多层平壁的传热；推广到多层平壁时，通过多层平壁的传热计算公式为：根据国家标准，表面传热系数的计算可以用经验公式：式中，ω为风速，m/s；(2)根据换气率计算进气加热的热量按照船级社的要求，需要让井架内的空气流通，及时的将废气排除出去，另外保持井架里面空气的新鲜，保障施工人员在井架里正常的安全作业，因此根据换气率来计算每秒进气量计算公式为：式中，q为换气量，m3/s；n为换气率，次/h；V为井架的体积，m3；每秒进气加热的热量计算公式为：Q＝cmΔt＝cρqΔt(5)式中，c为比热容，J/(kg·K)；ρ为空气密度，kg/m3；Δt为加热后的温度与进气初始温度的差，K；(3)极地钻井平台井架在保温工况下需要加热的总加热功率为：P＝Φ+Q(6)(4)计算极地钻井平台井架保温层厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，郑凯波，孙宝江，潘少伟，张剑波，陈远鹏，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37