深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的"管中管"结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用"管中管"体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的"管中管"结构体系横向承载特性分析。研究结果表明:①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。     

深水测试管柱测试过程中横向振动特性分析

基于Hamilton原理,建立了充分考虑内外流惯性力、隔水管作用力、内外流与隔水管摩阻力等影响下的深水测试管柱横向振动模型,通过数值求解得到了管柱的各阶振幅及最大位移计算公式;应用编程求解,研究了悬挂力、水深、产量、管柱壁厚对测试管柱前六阶振幅及最大位移的影响.结果 表明:测试管柱整体受拉能避免产生复杂的横向振动,管柱受拉时的最大位移和振幅值随悬挂力的增大而减小;悬挂力在水深增加而保持不变时,测试管柱各阶振幅值变化复杂,悬挂力随水深增大而增加时,最大位移及振幅随水深增大而增大;管柱的最大横向振动位移随管柱壁厚的增大而增大;随着产量的增加,测试管柱的最大横向振动位移增大,但幅度较小.结论 认为,适当增大悬挂力能有效减小测试管柱的最大横向振动位移,当水深增大时,现场除应增大悬挂力外,还应考虑适当增大测试管柱与隔水管间的环空间隙,以减小两者可能存在的接触碰撞.     

隔水管循环注液对深水气井测试管柱温度分布的影响

为了准确预测深水气井测试管柱内的井筒温度分布,根据能量守恒原理及传热学原理,建立了深海气井在普通测试流程及在隔水管内循环注入常温水工况下的井筒温度预测模型。模拟计算结果表明,隔水管循环注入常温水对测试管柱的温度有一定的影响,当水深大于200 m时循环液温度与海水温度基本一致,循环时可使隔水管环空温度降低从而增大水合物生成风险。因此,水深大于200 m的深水气井不宜采用隔水管循环注水。本文研究成果对于深水气井隔水管循环注液测试具有指导意义。     

深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析

鉴于很少有人对钻井隔水管横向变形和弯矩进行研究的现状,通过对深水隔水管海洋环境载荷分析,获得了波动载荷分布规律,并分析了张力比与船体偏移量对隔水管横向变形和弯矩的影响。建立隔水管模型时忽略波浪的动载效应,按准静态方法处理波浪载荷的作用。分析结果表明,随着顶部张力比增大,隔水管横向变形减小,且最大横向变形处于隔水管的中间部位;近海平面区隔水管弯矩受张力比的影响小,在深水区随着张力比增大,隔水管弯矩减小,变化幅度较大;随着钻井船偏移量增加,隔水管横向变形增大;近海平面区隔水管弯矩受钻井船偏移量影响较小,深水区隔水管弯矩随偏移量的增加而增大。     

深水流速剖面对隔水管横向载荷的影响

文章通过分析浅海海域流速梯度的计算方法,结合艾克曼海流理论,提出了新的深海流速剖面的计算方法,并且通过理论计算和数值模拟比较了新老两种计算方法对深水钻井隔水管受到的海流横向总载荷以及对底部挠性接头横向反力的影响。为海洋深水钻井隔水管的海流载荷计算以及后续的水下井口稳定性分析提供了新的理论参考。     

海洋深水钻井隔水管力学特性分析

海洋钻井隔水管是连接海底井口与钻井船的重要设备，随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。利用隔水管的静态挠曲四阶微分方程，应用有限差分法对隔水管的受力情况进行数值分析，考虑了顶张力和浮力块对隔水管受力状态的影响，编制了相应的应用计算软件。所提供的力学分析方法及计算程序具有方法简便、计算精度高和运算速度快等特点，能够为深水钻井隔水管设计和校核提供可靠的理论依据和指导，具有较好的应用价值。     

海上深水钻井隔水管振动特性研究

针对海上深水钻井隔水管特点和实际钻井作业中的具体情况,建立了深水钻井隔水管受力模型,并通过能量法求解得到了较为精确的隔水管挠曲变形方程;在此基础上,采用结构力学研究和分析方法,得到了深水钻井隔水管固有频率的简便计算方法和表达式.本文所提出的海上深水钻井隔水管振动特性分析方法简便易行,对指导室内设计和现场作业有重要意义.     

深水钻井隔水管力学性能分析

隔水管是深水钻井的关键设备,国内外对其开展了大量的理论研究以及有限元分析,但主要是针对顶张力和钻井液密度等因素的力学分析以及固有频率分析,未考虑浪流多种情况下的耦合作用。鉴于此,利用有限元软件建立隔水管系统模型,得到隔水管的弯矩分布以及这些结果随波流参数、浮式平台运动的变化特征。研究结果表明:在不同的波流以及平台运动下,隔水管的力学特征呈规律变化,波浪对隔水管飞溅区部分弯矩影响较大;海流流速较小时,海流对隔水管影响不大,海流流速增大,隔水管飞溅区响应增大,海流剖面形式对隔水管影响不大;平台运动则影响隔水管的整体动力响应。研究结果对于保障海上钻井作业安全具有一定的参考价值。     

深水钻井隔水管关键技术研究进展

深水钻井隔水管系统是海洋油气勘探开发的关键设备,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的安全与高效。总结了近年来深水钻井隔水管的几项关键技术研究进展,主要包括深水海底井口-隔水管-平台耦合动力学分析方法,深水钻井隔水管避台撤离分析技术、悬挂隔水管井间移位分析技术及平台漂移下隔水管脱离预警界限分析技术等3项特殊作业技术,以及隔水管电磁检测技术、隔水管监测技术及深水钻井隔水管完整性管理系统。深水钻井隔水管关键技术已在中国南海、西非等11口深水井的钻井隔水管设计中得到了良好应用,解决了现场技术难题,可为我国深水钻井隔水管的设计和作业提供更全面的技术支撑。     

深水测试管柱动力学分析

深水测试对于及时发现和准确评价海洋深水油气藏具有重要意义,而深水测试的成功率和效果则是通过深水测试管柱力学研究的结果来评价的,其中测试管柱动力学分析可用以评价测试管柱在各种海况下的安全性。为此,提出了使用幅值响应算子（RAO）来计算钻井船纵荡水平运动和升沉运动的位移随时间响应的方法。把通过大钩补偿系统补偿后的升沉运动载荷作为测试管柱顶端的力边界条件和钻井船的纵荡水平运动位移作为测试管柱顶端的位移边界条件,应用有限元方法对测试管柱进行了动力学分析。研究得出以下结论：①在波浪的作用下,钻井船的升沉运动在3 m内,而钻井船的纵荡位移较大;②随着波高的增大,测试管柱的位移和应力波动幅度增大,而应力平均值则变化不大;③波高在10 m以内,测试管柱是安全可靠的。     

世界深水油气勘探形势分析及对我国深水油气勘探的启示

为了了解及借鉴世界深水油气勘探开发的技术、经验,从而对我国正在开展的深水油气勘探开发有所启示,对当前世界深水油气勘探开发形势、面临问题及发展趋势等进行了广泛调研,并进行了较深入分析。全球深水海域油气资源丰富,已成为当前热门的油气勘探领域。深水油气产量及所占比重不断增长,全球深水油气产量从1996年的不足2×108bbl油当量增长到2005年的14×108bbl油当量,全球深水油气产量占海洋油气总产量的比重分别由2004年的10%和7%,将增长至2015年的25%和12%。与此同时,随着深水油气勘探的逐渐深入,也面临着越来越多的难题,如油藏规模越来越小、油藏流体越来越复杂、作业海域环境越来越恶劣以及对技术的要求越来越高等。为了解决这些问题,高分辨率3D地震技术、4C/4D地震技术、大位移水平井及分支井技术、智能完井技术、各种深水作业平台以及越来越智能化的海底生产系统等,正日益广泛应用于深水油气的勘探开发中。全球深水油气勘探开发形势表明,深水油气勘探开发虽然面临各种难题与挑战,但因其丰厚的投资回报以及相关技术的快速进步,使得其在世界各深水海域得以迅猛推进,尤其在大西洋两侧的西非沿岸、巴西近海和墨西哥湾深水区,并不断取得重大发现,成为全球油气储量增长的重要一极。我国南海北部陆坡深水盆地具有与大西洋两侧盆地群类似的被动大陆边缘背景,亦应具有良好的油气前景,最新的荔湾3-1-1井取得的重大发现亦证实了此点。南海南部周边国家在南部深水区已取得的众多油气发现亦表明我国南海南部深水区具有良好的油气勘探前景。因此,应加快勘探开发的步伐,充分利用深水区丰富的油气资源。     

油气井杆管柱力学研究现状和发展方向

油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作 ,在各种力的作用下 ,处于十分复杂的变形和运动状态。对油气井管柱进行系统的、准确的力学分析 ,具有重要的工程实用意义。鉴于此 ,介绍了油气井杆管柱的组成及研究油气井杆管柱力学的重要意义。重点阐述油气井管柱的运动状态、动力学基本方程、油气井杆管柱稳态拉力和扭矩、下部钻具三维力学分析、钻柱振动、杆管柱的稳定性、有杆泵抽油系统参数诊断和优选等方面的研究意义、研究应用现状和发展方向     

深水气井测试求产阶段管柱内天然气水合物防治方法

深水气井测试求产过程中,预防与控制天然气水合物(以下简称水合物)堵塞对于保障测试安全至关重要。为此,通过分析不同测试条件下的井筒温压场分布,应用水合物生成—沉积及分解计算方法,评价了不同测试制度下全测试过程中管柱内水合物的沉积与堵塞程度的变化;在此基础上,提出了基于水合物防治的深水气井测试求产方法。研究结果表明:(1)深水气井测试过程中井筒内常形成水合物堵塞风险最大的环雾状流型,测试过程中采取防止水合物堵塞措施比防止水合物生成更加合理;(2)常规四点测试方法要求设置流温较低的低产气量测点,但高压、低温的井筒环境容易导致水合物生成、沉积,测试持续时间过长会增加测试管柱的堵塞风险;(3)所提出的适合于深水气井测试的混序测试制度在不改变测试产气量与时长的前提下,通过调整测点顺序形成的井筒温度变化使水合物沉积层分解,降低了测试过程中测试管柱的最大堵塞程度;(4)对于无出砂、无应力敏感、无反凝析且不产水的深水气井推荐使用三点或二点测试法,相对于四点测试法,前者能有效降低测试管柱内的水合物沉积、堵塞风险,同时又能在保证产能方程准确性的前提下缩短测试时间、降低测试成本。结论认为,该研究成果可以为深水气井的现场测试施工提供帮助。     

深水油气井表层导管下入深度计算方法

深水表层导管是深水油气钻井与生产的重要通道，是水下井口装置的主要持力结构，表层导管下入深度直接影响到水下井口的稳定性以及海上作业安全。基于表层导管基本功能和主要安装方法，针对不同海底的土力学特性，开展了钻入法和喷射法安装表层导管适应性及选择方法研究。基于油气井表层导管垂向受力分析，揭示了表层导管及上部井口载荷与表层导管外表面摩擦力之间关系，建立了钻入法和喷射法表层导管合理下入深度模型。从油气井表层导管横向受力分析出发，揭示了井口载荷、表层导管尺寸、表层导管钢级壁厚、表层导管出泥高度对水下井口稳定性影响规律，建立了水下井口出泥高度设计方法和计算模型。表层导管下入深度计算方法已在中国南海水深300~2 619 m的几十口深水井得到成功应用，该研究成果支撑了这些油气田的钻完井安全高效作业和后期油气生产安全运行。     

深水油气井表层导管下入深度计算方法

深水表层导管是深水油气钻井与生产的重要通道,是水下井口装置的主要持力结构,表层导管下入深度直接影响到水下井口的稳定性以及海上作业安全。基于表层导管基本功能和主要安装方法,针对不同海底的土力学特性,开展了钻入法和喷射法安装表层导管适应性及选择方法研究。基于油气井表层导管垂向受力分析,揭示了表层导管及上部井口载荷与表层导管外表面摩擦力之间关系,建立了钻入法和喷射法表层导管合理下入深度模型。从油气井表层导管横向受力分析出发,揭示了井口载荷、表层导管尺寸、表层导管钢级壁厚、表层导管出泥高度对水下井口稳定性影响规律,建立了水下井口出泥高度设计方法和计算模型。表层导管下入深度计算方法已在中国南海水深300~2 619 m的几十口深水井得到成功应用,该研究成果支撑了这些油气田的钻完井安全高效作业和后期油气生产安全运行。     

深水油气井新型膨胀导管力学特性

喷射法下入表层导管在行业内已经成为一种广受欢迎的导管安装方式，若导管承载能力不足，可能造成井口失稳、建井失败等巨大损失。为提高表层导管的承载能力，采用了新型可膨胀导管技术，此技术能有效增大导管外表面积，加强导管承载力，降低井口失稳风险，是一种既经济又安全的高效方法。首先对遇水延迟膨胀材料进行了评价和优选，通过实验测试了不同温度和压载情况下膨胀材料随时间的体积变化率。根据表层导管极限承载力变化规律，分析了膨胀导管在吸水延迟膨胀阶段的力学行为特征，利用实验数据线性回归得到了材料体积膨胀系数，建立了涵盖体积膨胀效应的膨胀导管极限承载力计算模型，并进行现场应用实验。实验结果表明：膨胀材料的膨胀率随温度的下降略有减小，随围压的增大缓慢降低，起始膨胀时刻可通过技术手段进行控制。试验井实际应用结果表明：理论预测结果符合实际情况，新型膨胀表层导管可使导管表面积增加20 % 以上，承载力提升30 % 以上。膨胀导管既能满足现场施工要求，减少表层导管下入深度和使用数量，又能显著提升水下井口承载力，可为深水钻井降本增效提供技术支撑。     

落石管抛石技术的发展及在我国深水油气田开发中的应用前景

阐述了水下抛石技术在海洋石油开发中的应用与发展,重点阐述了能实现深水水下精确抛石的落石管抛石船舶、落石管技术及ROV技术的应用与发展情况,并展望了落石管抛石技术在我国深水油气田开发中的应用前景.     

深水油气田开发工程中的基础应用探讨

在对国内外深水油气田开发中的张力腿平台(TLP)、深水柱筒平台(SPAR)、半潜式生产平台、浮式生产储油卸油装置( FPSO)和水下生产系统(SBS)所采用的基础型式进行较详细调研的基础上,讨论了常见的基础型式的特点,考虑其实际应用情况并结合我国南海深水油气开发中可能采用的工程开发模式,探讨我国深水油气田开发适用的基础...     

地层测试管柱力学分析

地层测试是油气田勘探和开发的重要过程。在地层测试过程中,测试管柱在多种载荷作用下,形成复杂的应力和应变,有时会引起管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失。根据地层测试作业过程,考虑井眼轨道、测试管柱的组成、井内流体的性能、管柱内外压强、管柱与井壁的摩擦系数、地温梯度、空气温度、油管温度、测试阀的类型、封隔器的类型、封隔器的活塞效应、管柱螺旋失稳效应等参数,建立了测试管柱在整个作业阶段的力学分析数学模型,并用差分法求解,给出沿整个管柱的拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性、伸长等参数。用Visual Basic 2008编制了计算软件,并进行了现场应用。     

井筒四相流动理论在深水钻完井工程与测试领域的应用与展望

海洋深水油气钻完井过程中,井筒内流体流动是一个多组分、存在相变及流型转化的复杂四相流动过程。为了进一步揭示深水钻完井井筒多相流动规律,基于井筒四相流动理论,阐述了其在深水油气钻完井工程领域的应用进展;然后,针对该理论在深水钻完井某些特殊工况下存在的局限性,展望了井筒多相流动理论未来的发展趋势。研究结果表明：①深水钻完井井筒四相流动理论能够充分考虑深水井筒中的各种物理化学现象,可以实现对井筒瞬态温度、压力的精确刻画,进而为深水钻完井水力参数优化设计提供坚实的理论基础;②深水钻井井涌发生后,在泥线低温高压环境作用下,井筒内气相易生成天然气水合物（以下简称水合物）相变,从而改变井筒气体体积分数的分布特征;③在井底高温高压作用下,井筒酸性气气体存在着超临界相变,导致高含酸性气体的气侵具有“隐蔽性”;④深水气井测试过程中,井筒四相流动理论能够准确刻画井筒内水合物沉积、堵塞全过程,为深水气井测试过程中水合物的防治提供理论依据;⑤深水钻井井筒多相流动理论今后的发展趋势,将涉及井筒与深水特殊地层耦合作用机制、深海水合物钻井井筒多相流动理论及支撑深水钻井新技术的井筒多相流动理论的研究。