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。     

深水表层导管安装方法及风险控制技术研究

深水表层导管是整个深水油井建造的基础,其安装作业风险高、操作难度大,加之设计理论模型和实际情况存在差异,有不确定性的风险,一旦操作失败将会导致恶性甚至灾难性事故的发生。在充分调研国内外最新深水钻井资料的基础上,介绍了深水表层导管的安装方法及关键技术参数设计,并根据表层导管喷射下入工艺技术特性对其进行了风险识别分析,提出了相应的控制技术措施,对现场作业具有重要的指导意义。     

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。     

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。      

流花4-1油田深水表层套管喷射下入研究

流花4-1油田所处海域的水深较深,为了提高表层套管作业效率,保证深水表层套管井口的稳定性,需要采用喷射法技术下表层套管。喷射法下表层套管的关键技术是确定表层套管的下入深度和选择钻进过程中钻压和排量参数。从流花4-1油田海底土资料分析入手,建立了表层套管承载力剖面,根据表层套管尺寸和载荷分布情况确定了流花4-1油田表层套管合理入泥深度。在综合分析深水喷射法下表层套管工艺特点和施工管柱组合特性基础上,对表层套管施工过程中的钻压和排量参数进行了优化,给出了喷射法下表层套管现场施工的具体措施。表层套管下入深度计算方法能够为国内深水表层套管喷射下入施工提供很好的技术参考和指导。     

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。     

深水携表层钻井工艺技术

深水钻井通常采用喷射法下入表层导管和低压井口头.针对南海深水表层导管喷射钻井速度慢、时效低的问题,通过综合分析影响导管喷射钻井速度的因素,包括地层强度、导管外径、钻头大小、钻头伸出量、钻压、排量、导管上下活动次数和活动幅度等,找出了三个主要关键因素,分别是钻头伸出量、排量和导管上下活动幅度.在确保安全前提下,通过综合考...     

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.      

深水海底浅层喷射钻进过程中钻压与钻速关系

深水喷射法下表层导管过程中机械钻速与地层强度、钻头结构和水力参数等因素密切相关,钻压是影响机械钻速的主要因素之一。为了研究喷射法钻进施工过程中钻压与机械钻速之间的关系,开展了一系列喷射法下导管的模拟试验,来探索喷射过程中钻压与钻速的之间影响规律。通过对大量试验数据的处理和分析,建立了适合南海白云区域海底浅层的钻压与机械钻速之间关系模型。利用建立的钻速计算模型,在白云6-1-1井进行了现场应用。利用理论模型推荐出的最佳钻压和最大机械钻速数据与实测数据吻合良好。现场应用结果表明,文中研究成果能够为海洋深水喷射法下表层导管施工提供科学依据。     

深水导管喷射安装过程中管柱力学分析

根据深水导管喷射安装作业特点,建立了该过程中的管柱静力学模型,并应用加权残值法进行了求解,得出了在考虑环境载荷、钻柱结构及钻井船偏移等因素影响下的管柱变形和应力分布规律。研究结果表明,中深层海流对管柱变形影响最大,合理设计钻柱结构和控制钻井船偏移是保证深水导管垂直安装和钻柱抗拉强度安全的关键。深水管柱的弯曲正应力在钻柱的上下两端作用明显,进行钻柱强度设计时,必须考虑管柱横向变形引起的弯曲正应力,提出了相适应的钻柱结构优化方案。作业初期,钻井船向海流负方向适当偏移,有利于控制导管的入泥倾角;遇阻活动管串时,钻井船向海流正方向适当偏移,能够有效地降低钻柱危险截面上的最大拉应力。     

深水钻井导管和表层套管横向承载能力分析

根据桩基和材料力学理论,建立了适于深水钻井的导管和表层套管横向承载能力分析模型。模型中考虑了深水钻井中横向和竖向载荷的共同作用、可变的管柱抗弯刚度以及管柱与地基间的非线性响应等特征。通过对模型进行数值求解,对不同影响因素下沿管柱的横向位移、转角、弯矩、剪力和地基反力进行了分析,结果表明:载荷对管柱的作用集中在管柱上部较短的一段区域;竖向载荷对管柱横向承载力影响不大;套管下入深度超过一定值后,较大的下入深度对其横向承载能力几乎没有影响;海底浅部地层地基类型对管柱的横向承载能力有一定影响;有必要通过现场取样获得浅部地层的地质资料,对深水钻井井口力学稳定性进行分析。     

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。     

海上大尺寸钻井隔水导管入泥深度计算

单筒三井技术能够提高海上钻完井效率,涠洲6-1是我国首次应用单筒三井钻井技术进行海上油田开发的油田。本文结合单筒三井技术的钻井工艺特点,从井口稳定性和钻井施工角度出发,给出了单筒三井钻井隔水导管的安全入泥深度范围,为今后在其它地方的应用该技术提供宝贵的经验。     

深水表层导管喷射钻进过程中钻井液排量优化研究

通过喷射法下表层导管模拟试验,综合分析了深水表层导管喷射钻进过程中钻井液排量对钻进速度、表层导管承载力及钻井液携砂能力的影响规律,并在此基础上提出了钻井液排量优化方法。本文研究成果已在我国南海荔湾、流花,西非,以及赤道几内亚等深水钻井实践中取得了成功应用,经济效益显著。     

海上钻井隔水导管打入作业溜桩深度预测

目前桩体施工溜桩深度预测主要集中在大直径超长桩的打桩风险分析中,对海上隔水导管施工溜桩机理和深度预测缺乏研究,存在作业盲目性和风险性。通过对海上隔水导管施工中导管与平台几何关系分析、导管极限承载力计算和溜桩机理分析,提出了海上隔水导管施工溜桩深度预测理论模型。溜桩深度预测理论模型在我国某海域油气田数口井的隔水导管施工作业中得到了成功应用,施工预测深度范围与实际溜桩深度基本一致,为隔水导管施工风险评估提供了理论基础,确保了海上作业的安全性。