深水钻井喷射下导管水力参数优化设计方法

针对目前现有深水钻井喷射下导管水力参数设计方法没有较强理论支撑的问题,以射流和岩土力学理论为基础,推导出了导管喷射下入临界出口速度及临界排量的计算公式,并据此提出了深水钻井喷射下导管水力参数的优化设计方法,给出了设计原则和设计步骤.分析了深水钻井喷射下导管常用钻头与导管组合采用不同直径喷嘴时的临界排量,对于φ660.4 mm钻头和φ762.0 mm导管的组合,喷嘴当量直径为24.0 mm时,临界排量为69.5 L/s;喷嘴当量直径为26.0~30.0 mm时,破土直径最大为762.0 mm.在排量一定的情况下,喷嘴当量直径越小,能够破碎地层的强度也越高.对西非深水JDZ区块深水钻井喷射下导管的水力参数进行设计,选用φ14.3 mm喷嘴时,设计排量与实钻排量对比,误差不超过10%,证明该优化设计方法的设计结果合理,可用于深水钻井喷射下导管水力参数设计,指导现场施工.      

深水钻井喷射法安装表层导管极限下入深度确定

准确了解深水钻井导管喷射极限下入深度对安全、高效深水钻井具有重要的意义。根据导管喷射下入系统的受力分析,对影响导管极限下入的土质参数及施工参数进行了研究,土质参数的影响因素主要包括土体抗剪强度和土体摩阻力;施工参数的影响因素主要包括喷射钻压、喷射排量及导管垂直度。基于对喷射过程中导管下入系统合力为0 的工况进行研究,建立了深水钻井导管极限下入深度的预测模型;运用预测模型对南海某深水井的导管喷射进行了实例计算,得出了实际工况下导管喷射最小下入深度及最大下入深度。现场应用结果表明,该研究成果对安全喷射施工设计具有指导意义。     

深水钻井一开导管喷射入泥提速技术

深水钻井由于水深增加,海底表层土质疏松、强度低,通常采用喷射法施工下入。该方法无需导管固井作业,且喷射到位后可解脱送入工具继续二开井眼钻进,避免了钻孔后下导管找不到井眼、固井质量无法保证等问题,优势明显。前期深水钻井一开导管喷射入泥速度慢,通过综合分析论证影响入泥速度的因素,通过优化设计钻头伸出量、排量和上下活动幅度3个参数,形成了喷射入泥提速技术。     

基于非概率可靠性的喷射导管下入深度设计方法

在深水探井设计中,由于钻孔取土壤样的费用高,设计导管下入深度时往往缺少所需的土壤参数,而海底土壤参数又存在较大的不确定性,此时采用确定性方法进行导管下入深度设计存在一定的难度和风险。为此,以区间分析方法和结构可靠性理论为基础,通过分析喷射下入导管的载荷,建立了喷射下入导管的功能函数,形成了一种基于非概率可靠性的喷射导管下深设计方法。通过实例对比了该设计方法与确定性导管下入深度设计方法的设计结果,发现该方法的设计结果大于确定性方法的设计结果。这说明,采用该方法设计导管下入深度可以保证导管系统安全可靠,而且有一定的安全余量。该方法克服了缺少土壤参数情况下确定性方法存在的不足,降低了对土壤参数的需求,有助于降低深水钻井作业成本,同时可以保证深水钻井作业安全。      

深水钻井喷射下导管排量设计方法

深水钻井喷射下导管过程中,为预防导管安装不到位或导管承载力恢复时间过长,需要根据海底土质参数对喷射排量进行合理的设计。基于淹没水射流理论及海底弱胶结土质破坏准则,建立了满足破土能力的最小喷射排量计算模型。采用φ339.7 mm导管进行了喷射下导管的模拟试验,分析了排量对水力破土效果及表层导管承载力的影响规律。结果表明:当喷射排量小于最小喷射排量时,导管下入速度缓慢;当喷射排量大于最小喷射排量时,导管下入速度随喷射排量增大快速增大;导管承载力随喷射排量增大呈指数降低,当喷射排量超过1.2倍最小破土排量时,导管承载力降低幅度达到最大。根据最小喷射排量计算模型和模拟试验结果,建立了基于"水力破土能力、导管承载力"双因素约束的喷射排量设计方法。在南海22口深水油气井的应用表明,采用该方法设计喷射排量,可以提高导管喷射下入效率,保证导管稳定。      

南海深水钻井表层导管喷射作业实践

深水钻井表层导管喷射就是在钻井的过程中边钻孔边完成导管下入,导管下入到位后无需固井作业。结合中海油在南海白云、流花、荔湾区块的成功实践,介绍了在深水进行导管喷射施工的风险分析、作业准备、作业方法和风险防范等措施。深水导管喷射钻井技术能够有效地规避常规钻孔、下导管、固井的作业风险,且能显著节约钻机占用时间,降低成本,具有推广应用的价值。     

深水水合物钻井导管下深设计与地层安全承载研究

为保障深水天然气水合物开采的安全进行,降低钻井导管组合系统下沉和水合物地层失稳的事故风险,针对深水天然气水合物钻井作业过程中导管喷射到位解锁、表层套管固井和紧急脱离等3个阶段导管组合系统的下入深度设计与竖向承载力进行研究。结合桩基理论建立不同阶段作业工况下钻井导管竖向承载力的计算模型,确定不同作业阶段钻井导管的最小下入深度,然后基于TOUGH+HYDRATE和FLAC3D软件建立水合物地层稳定性数值分析模型,研究试采作业过程中水合物地层的稳定性,根据摩尔-库伦破坏准则,确定水合物地层的安全试采时间。以南海某天然气水合物喷射钻井作业为例,考虑浅层土壤的工程地质特征以及钻井作业过程中由于钻井液侵入导致水合物地层分解,给出导管安全下深设计的推荐值为98 m,为保证水合物地层的安全承载,建议水合物的安全试采时间不应超过60 d。研究结果可为深水天然气水合物钻井导管的现场作业提供技术参考。     

国产动力钻具在深水喷射中的应用及探讨

深水油气资源日益成为海洋油气勘探的热点，但深水钻井也面临着诸多的困难和挑战，喷射导管技术是解决深水浅层钻井难题的重要技术。该技术在导管内下入动力钻具，利用钻具及导管重力钻进，喷射到达设计导管入泥深度后利用地层的吸附力和摩擦力稳定导管。随着我国深水钻井作业的增多，实现动力钻具的国产化以及提高动力钻具的综合性能以达到提高喷射整体效率充满必要性。南海西部海域两口深水井国产动力钻具的成功应用验证了国产动力钻具的作业能力，也展现了国产动力钻具在深水钻井中的良好应用前景。     

深水钻井结构套管喷射安装作业实践

在深水无隔水管钻井作业中,喷射安装结构套管作业是非常重要的环节,成功的作业实践经验可以有效地规避作业风险和提高经济效益。对深水钻井导管喷射安装作业实践进行了分析总结,旨在为类似作业提供借鉴。     

深水钻井表层导管喷射安全等候时间窗口设计

针对目前深水钻井表层导管喷射随钻下入工艺中,设计安全等候时间窗口时无理论计算模型依据,存在作业盲目性和风险性的现状,通过对表层导管喷射受力和侧向摩擦力进行分析,建立了安全等候时间窗口设计模型。该设计模型表明,在喷射管串重力已知的情况下,海底土质不排水抗剪强度和承载力时间效应模型为准确设计导管安全等候时间窗口的重要影响因素,在不同海域和土质条件下需分别考虑。深水钻井表层导管喷射安全等候时间窗口设计方法已在我国南海荔湾、流花、白云以及海外刚果、赤道几内亚等多个深水区块得到了成功应用,不仅保证了表层导管喷射施工的安全性,而且确保了较高的作业时效性。     

深水吸力锚井口承载能力研究——以挪威Wisting油田水平井吸力锚井口为例

近年来随着特殊深水油气藏开发的需要,国外吸力锚筒体开始替代常规导管作为井口支撑的装置,例如挪威Wisting油田使用吸力锚技术钻成了极浅水平井。在国内,吸力锚作为深水钻井水下井口的使用尚处于起步阶段,需要对吸力锚井口承载力进行研究。该文基于API单桩轴向极限承载力经验公式的导管极限承载力计算模型,结合吸力锚负压置入受力情况进行研究,研究了吸力锚置入过程中瞬时承载力与随时间变化的实时承载力变化规律,构建了吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度的耦合计算模型。以挪威Wisting油田吸力锚设计参数及区域土壤不排水抗剪切强度为例,吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度耦合计算模型的计算结果与工程实际吻合,具有实际工程意义。     

异常高压碳酸盐岩油藏应力敏感实验评价——以滨里海盆地肯基亚克裂缝-孔隙型低渗透碳酸盐岩油藏为例

根据滨里海盆地肯基亚克盐下异常高压碳酸盐岩油藏储集层特征,制备人造岩心,研究基质岩心、不充填裂缝性岩心、半充填裂缝性岩心以及全充填裂缝性岩心的应力敏感特征.实验采取气测法,实验中首先逐级增加人造岩心样品围压,然后逐级降压,稳定后测定每个压力点的孔隙度和渗透率,以分析岩心的应力敏感性.结果表明,4种岩心应力敏感性由强到弱依次为:不充填裂缝性岩心、半充填裂缝性岩心、全充填裂缝性岩心、基质岩心.随着岩心裂缝充填程度降低,岩心渗透率的应力敏感性增强,渗透率恢复程度降低;随着压力的恢复,基质岩心和全充填裂缝性岩心孔隙度和渗透率恢复程度较高,岩心表现为弹塑性特征,而半充填和不充填裂缝性岩心孔隙度和渗透率恢复程度较低,表现为塑性特征;随围压的增加,孔隙度、渗透率变化呈现较好的指数变化规律.图9表6参20     

超深水浅层建井关键技术创新与实践

中国南海油气资源丰富,但70 %分布在深水区域。深水钻井实践表明,60 %的钻井事故源自海底以下几百米的未成岩浅层,因此浅层建井是整个深水钻井成功的关键。针对超深水浅层存在海底土力学参数不易获取、浅层地质灾害精确预测困难、井身结构精准设计和作业安全控制不易等难题,从理论模型、室内模拟实验和现场实践等方面开展了研究。根据土体固结理论及声速梯度特征,基于浅层地震剖面数据,创建了深水浅层土体密度、抗剪强度关键参数预测模型。基于超深水模拟实验装置,建立了水下井口实时承载力模型,形成了深水浅层精准井身结构设计方法。基于地震纵波在深水浅部含气或含水地层中产生不同声速响应的特征,建立了含浅层气、浅水流地层纵波速度随水深、地层密度的双参数方程,形成了超深水浅层地质灾害预测模型。基于浅层喷射下表层导管的原理,提出了"表层导管+表层套管"二合一复合钻井作业模式。研究成果成功应用于西太平洋第一口超深水井——荔湾22-1-1井(水深为2 619.35 m)。其中,南海超深水表层导管下入深度达100.1 m,浅层表层导管安装时间仅为2.25 h,保障了荔湾22-1-1井的高效、安全作业。     

深水表层导管喷射钻进机理研究

深水浅层土质松软,抗剪强度极低,采用喷射钻进技术能有效提高表层导管及深水水下井口安装作业时效。通过理论分析和数值模拟计算,研究了水力喷射成孔和喷射钻进机理,对海底软黏土层受喷射冲刷作用下的应力和位移场进行了分析。计算结果表明,处于钻头附近的土体出现应力和位移集中现象,土体受到的剪切力远大于土体抗剪强度,土体被冲刷破坏发生大变形。通过在原状土海域的现场模拟试验,对比分析了喷射排量对导管下入钻速和土体承载力恢复的影响;研究结果表明随着排量的增大,导管下入钻速增加,导管与土体摩擦力恢复减缓。由于导管内部环空较大,在满足钻速和承载力恢复的情况下,还需对满足最小携岩能力的最小排量进行计算。研究成果在国内外深水钻井实践中取得了良好的应用效果。     

深水钻井导管水下打桩站立稳定性分析与建议

分析了钻井导管水下打桩安装工艺在施工过程中所面临的导管站立稳定性问题.由于国内未进行深水钻井导管水下打桩实践,关于导管海底站立稳定性问题的分析及优化设计的指导性文献较少.基于现有标准及国外已有实践,分析了现有几种导管站立稳定性分析方法的特点与适用性,剖析了导管稳定性的工况、载荷及关键影响因素.提出了导管站立稳定性分析方...