南海深水表层导管水下打桩安装技术适应性分析

为了提高深水钻井表层导管施工的安全性和时效性,针对深水浅层钻井难题,基于锤击沉桩原理,通过理论分析和工艺研究,对深水钻井表层导管水下打桩安装技术进行了分析。深水钻井表层导管水下打桩安装技术采用水下液压打桩锤系统将表层导管锤入地层,可在工作船上实施作业,不占用钻机时间。针对我国南海深水浅层地质特点和油气开发需求,对该技术在南海深水钻井表层导管施工作业的适应性进行了研究。结果表明,与目前采用的表层导管钻孔/固井和喷射法安装技术相比,水下打桩技术可分别节省65%和43%的作业时间、79%和46%的作业费用。表层导管水下打桩安装技术可有效提高深水浅层钻井的安全性和经济性,对我国南海深水钻井表层导管施工具有很好的适应性。      

深水钻井导管水下打桩锤选型分析

中国海洋石油集团有限公司十三五重大科技项目“南海深水钻完井关键技术研究”课题1“深水钻完井关键技术研究”(CNOOC-KJ 135 ZDXM 05 LTD 01 SHENHAI 2016)     

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...     

膨胀式导管提高深水钻井水下井口承载力的机理

表层导管是深水钻井水下井口的主要持力结构,水下井口失稳、下沉等复杂事故的发生主要是由于表层导管承载力不足造成的,因此经济高效地提高表层导管承载力是深水钻井工程研究并关注的重点。采用膨胀式导管方法来提高表层导管的承载力,能够实现不改变常规深水喷射法安装表层导管的工艺。表层导管喷射安装到海底设计深度后,膨胀材料发生膨胀实现增加表层导管与海底土接触的表面积,进而提高表层导管侧向摩擦力和水下井口承载力。基于深水钻井水下井口主要结构组成,通过建立深水钻井水下井口承载力计算模型,分析了表层导管尺寸与井口承载力相互关系,揭示了膨胀式表层导管外表面积与水下井口承载力呈线性变化规律,得出了膨胀材料厚度与水下井口承载力之间的计算模型;提出了膨胀材料采用分段式结构可以提高膨胀导管承载力,分析了膨胀材料分段数量、覆盖面积、膨胀厚度对表层导管承载力的影响规律;得出了在相同覆盖面积条件下随着分段数量增加表层导管承载力呈线性增加,随着膨胀厚度增加承载力呈线性增加。通过中国南海现场3口深水井的应用试验,建立的钻井水下井口承载力计算模型结果与现场试验结果的误差约为5%。     

深水钻井水下防喷器组配置选型研究

深水防喷器组是保障深水钻井作业安全的重要装置,与陆地相比其配置有所不同,因此有必要开展该方面的研究,以便为我国开展深水钻井作业设计提供有价值的指导。参阅了国外深水钻井作业实践和相关资料,并统计了全球最大的深水钻井承包商Transocean公司典型深水钻井船的防喷器组配置情况。在此基础上给出了不同水深时深水防喷器组的推荐配置,包括压力级别、配置方式、质量和高度等,可以作为深水钻井防喷器组配置的参考。     

海洋深水钻井关键技术及设备

随着世界海洋油气资源勘探开发水深的不断增加,海况环境变得更加复杂,钻井难度越来越大,对钻井工程提出了更高的要求。针对深水钻井面临的难点,对喷射下导管技术、动态压井技术、双梯度钻井技术以及微流量控制钻井技术等深水钻井技术进行了阐述,分析了各自特点和适用性,为国内海洋钻井设计和施工进一步走向深水提供指导。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素,隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性,而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验,缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型,分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素,结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素,而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著;随着隔水导管入泥深度增大,其横向位移逐渐减小,而应力则先增大后减小,其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点;地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

海洋深水双梯度钻井用水下装备

根据我国勘探开发深水油田的需要，介绍了用于深水的先进的双梯度钻井工艺，给出了实现双梯度钻井的几种方案，提出了双梯度钻井所需要的水下设备。     

深水钻井水下井口力学稳定性分析

深水钻井时水下井口承受的复杂作用力可能导致其稳定性存在问题。根据深水钻井水下井口系统整体受力分析，建立了井口力学稳定性分析方法，该方法综合考虑了海洋环境载荷、钻井船或平台漂移、隔水管力学性能、套管柱与地层之间的非线性响应等因素的影响，可以实现井口力学性能分析。算例分析表明，水下井口的横向偏移及弯矩随张力比和海流流速的增加而大幅增大，顶张力过大会引起井口稳定性变差；随着钻井船或平台漂移量的增加，井口的横向偏移和弯矩近似线性增加，控制好钻井船或平台的漂移非常重要；由于井口承受弯矩的能力有限，较大海流流速情况下可能造成井口失稳；提高导管抗弯强度、控制泥线处管柱冲刷、获取浅部地层的取样数据等措施可以增强井口稳定性。     

深水钻井隔水导管挠曲方程及固有频率研究

从深水钻井隔水导管的实际情况出发,采用一端铰支、一端自由的约束方式,应用弹塑性力学中的位移变分原理,考虑隔水导管所受到的轴向张力、自重以及隔水导管倾斜角,建立了隔水导管挠曲方程,并由此推导出了隔水导管固有频率的计算公式.通过算例,分析了隔水导管倾斜角、几何尺寸、张力以及水深对隔水导管固有频率的影响,对深水钻井作业有一定的指导意义.     

吸力桩式水下钻井基盘安装技术研究

半潜式平台预钻井,需要预先安装水下基盘。钻井船安装水下基盘有占用钻机时间长,作业费用高,作业工序复杂,对海况的要求较高等缺点。针对紧张的钻井船资源状况与传统的基盘安装的一些缺点,经过专家的可行性论证,首次采用吸力桩技术,成功地安装水下基盘,安装精度完全满足作业要求。吸力桩方式安装不需要占用钻机,可节省钻机时间,且费用比钻井船安装低很多,是一种值得推广的水下基盘安装技术。     

海洋深水救援井钻井关键技术

深水钻井具有较高风险,在救援井设计方面,国内外没有相关标准规范可参照,深水井实施救援井作业的数量也很少。为了保证深水油气田安全高效开发,结合中国南海深水钻井的需要,对深水救援井的井位选择、井眼轨迹设计方法、探测定位技术、连通技术、动态压井方法等一系列关键技术进行了整理和分析。救援井的井位选择需考虑海底地质条件、洋流、风向、热辐射、商业保险等因素,救援井井眼轨迹需根据连通点位置、探测定位工具的要求、轨迹实施难度进行设计,连通方式首选直接钻通事故井井眼,动态压井方案的制定应结合钻井船的能力优选最高效安全的压井方案。研究结果对于建立深水救援井设计体系具有一定的参考价值。     

深水双梯度钻井技术研究进展

深水双梯度钻井技术主要包括海底泵举升钻井液、无隔水管钻井、双密度钻井等,可以很好地解决深海钻井中的技术难题。目前已发展了多个双梯度钻井系统：Conoco公司和Hydril公司的海底钻井液举升钻井系统,Baker公司和Transocean公司的DeepVision钻井系统,Shdl的SSPS海底泵系统,AGRSubsea公司的RMR无隔水管钻井液回收系统,MTI公司的空心微球双梯度系统以及路易斯安那大学的隔水管气举、稀释系统。与常规钻井比较,双梯度钻井优势明显,它能以更低廉的成本、更短的建井时间、更安全的作业、更高的产量实现深水油气勘探开发,因此,双梯度钻井技术在中国深水油气开发中具有显著的优势和巨大的潜力。图4参30     

深水钻井液研究与评价模拟实验装置

分析了我国深水钻井的现状和未来发展趋势,调研分析了深水钻井所面临的困难和深水钻井液必须具备的基本性能。在理论推导并结合实践的基础上,研制了深水低温钻井液基本性能模拟实验装置、深水钻井液水合物生成与抑制评价实验装置以及深水钻井液循环与井壁稳定模拟实验装置等,并对模拟装置的实验可行性和平行性进行了验证。实验结果表明,新研制模拟实验装置控制精度较高、实验平行性较好,能够满足深水钻井液性能测定与评价的基本要求,为我国深水钻井液技术研究奠定了一定的室内实验研究基础。     

深水钻井溢流早期监测技术研究现状

深水油气井溢流及井喷的预防和控制是深水钻井过程中的重要工作,墨西哥湾“深水地平线”井喷溢油事故发生后,井喷的预防和控制成为海洋油气开发亟待解决的重大难题。应对深水钻井溢流及井喷问题,切实有效的技术措施是在早期监测和识别溢流的基础上及时采取应对措施。为此,通过分析深水钻井井控面临的主要困难,从平台监测、海水段监测和井下随钻监测3个层面,综述了国内外井下溢流早期监测技术研究现状,重点分析了井下随钻监测的发展现状,指出深水钻井井下溢流监测技术将朝着有利于更加及时准确发现和识别井下溢流的技术领域发展。最后,根据深水钻井和溢流监测技术的特点,优选出适合深水钻井环境的井下溢流早期监测方法,包括井口流量法、泥浆池液面法、钻井参数法、隔水管超声波法、PWD/LWD监测法、随钻超声波井下流量测量法6种方法;建立了溢流早期综合监测和识别技术,该技术不仅可以用于深水钻井井下溢流监测,还可用于压井和井筒压力精确控制过程的综合监控,为深水钻井提供技术保障。     

深水钻井隔水管快速连接技术研究

介绍了国外几种典型海洋钻井隔水管快速接头的结构特点,归纳了其优缺点及适用范围。在消化国外技术的基础上,设计了H-50X型隔水管快速接头。阐明了该型接头的结构、工作原理,给出了其主要技术参数,并对其主要技术特点做了说明。这种接头只需周向旋转驱动环30°就可锁紧,锁紧方式独特、快捷。最后采用ANSYS有限元软件对接头进行多体接触分析,验证了设计的正确性和合理性。     

深水动态压井钻井技术及水力参数设计

深水钻井中钻遇浅层流十分危险,动态压井钻井方法是处理深水钻井浅层流问题的一种有效手段。文中从原理、特点以及关键装备等几个方面对动态压井钻井方法进行了介绍,并结合工艺流程,通过理论分析,得到了钻井液密度、排量、混配比,钻井液需求总量以及泵压、泵功率等参数的计算方法。计算结果表明,对井底压力起主要作用的因素是密度,需要精确控制与混配,在相同压力条件下,先钻小尺寸的领眼容易在排量满足要求的条件下控制浅层流。     

南海深水钻井防台风应急技术

南海台风具有活动频繁、发展迅速和路径复杂的特点,常规预报手段和应急方法难以满足深水钻井作业对安全和时效的要求。针对台风特征,根据年份、强度、登录位置、发展趋势、源区进行检索和统计,建立了南海深水历史气象资料分析技术;根据台风早期模式的初始条件和侧边界条件,使用ECMWF全球预报模式建立台风早期预报技术;结合南海海域特征,建立不同悬挂方式下隔水管回收作业中撤离的安全预备时间计算方法,形成一套应急措施,成功指导了南海深水井的防台风操作。     

海洋深水钻井力学与控制技术若干研究进展

深水钻井是深水条件下海洋油气工程关键环节之一。与近海浅水钻井不同，深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件，面临"下海、入地"的双重挑战，需要使用浮式钻井作业平台，采用特殊的深水管具系统（包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、套管柱等）、水下智能控制系统等，建立安全稳定的水下井口与钻井系统，具有高科技、高投入及高风险等基本特征。深水钻井管具是实施深水钻井工程不可或缺的基本工具，深水钻井管具系统在服役过程中受到海洋深水环境载荷和作业载荷的作用，表现出复杂的力学行为。通过主要介绍深水送入管柱、深水导管、深水钻井隔水管及深水水下井口等方面的研究进展，对深水钻井管具力学研究与工程实践具有参考价值。     

深水工况下套管柱载荷分析

深水钻井施工风险高,成本高昂,需要研究科学的套管设计方法,以避免或减少因设计不合理而造成的井下事故与复杂情况。目前套管柱强度设计方法缺乏对深水钻井工艺条件的考虑,因此有必要进行深水套管柱载荷分布的研究,以弥补现有设计方法的不足。考虑深水作业过程中隔水管解脱、钻井液漏失、套管试压和固井等复杂工况,针对不同的工况,给出了套管内压、外挤及轴向等套管载荷的计算方法,并对国内一口深水井进行了实例分析。分析结果表明,原有的套管柱强度设计方法不能满足深水套管柱设计的要求,考虑深水特殊作业工况是正确选择套管柱的前提。该套管载荷的分析计算方法可用于陆地及浅海钻井套管柱设计。