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。     

深水立管气举效果影响因素模拟分析

以西非某深水油田为研究对象,利用OLGA及PVTsim商业软件,对水深、气油比、含水率、输量以及管道出口压力等影响深水立管气举效果的因素进行了模拟分析。气举能有效地降低深水立管底部压力;在一定范围内,注气量的增大能有效地减小深水立管底部压力波动,但注气量并不是越大越好,每种工况对应一个最优注气量;在油田生产后期,随着含水率增大和管道入口处流体气油比减小,立管底部注气带来的压降获益效果越明显;输量越小,气举效果越好;管道出口压力越大,气举效果越好。     

深水钻井增压管线开启判别及参数优化研究

深水钻井过程中钻井液从套管环空返至隔水管段时,由于隔水管段环空尺寸突然增大,钻井液流速降低,携岩效率下降,从而导致钻井事故的产生,而深水区域目的层压力窗口非常小,难以通过增大海上平台钻井泵排量的方法来提高隔水管段携岩效率.鉴于此,基于井筒流动与传热理论,考虑钻井液流变性随温度变化特性,提出了深水钻井增压管线开启判别方法...     

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。     

深水钻井早期井涌检测方法及其未来趋势

深水钻井技术是制约深海油气勘探开发的主要因素之一。深水钻井具有高风险,高投资,高回报等特点,深水井控是深水钻井的一个难点,如何有效地预测发现井涌是深水井控的关键。分析了各种常用的井涌检测方法并结合深水钻井的特殊工况,指出常用的井涌检测方法无法满足深水井控的要求,最后介绍了一种使用LWD、PWD监测井涌的井涌早期监测方法,使用PWD实时监测井底的压力变化情况,并对水力模型进行修正,同时建立井底压力正常趋势线;使用LWD实时测量地层参数,利用浅侧向电阻率随钻测量等工具监测钻井液性能变化,可以有效地实现流体侵入早期监测。     

深水钻井隔水管完整性管理研究进展

深水钻井隔水管是连接海底井口和钻井平台的关键部件,极易受到复杂的海洋环境载荷和作业载荷的影响,是整个钻井装备中重要而又薄弱的环节,隔水管完整性管理技术是保障隔水管安全服役性能的有效措施。阐述了隔水管完整性管理方案,综述深水钻井隔水管完整性管理研究进展,主要包括深水钻井隔水管损伤识别与评估、隔水管风险评估、隔水管检测与维修以及隔水管完整性管理规范及软件等,并提出了未来研究的发展方向。     

深水立管干涉分析研究

随着立管长度的增加,海洋立管间的干涉风险也在增大,在深水油气田开发的早期就应关注立管干涉问题。立管干涉包含了复杂的物理现象,其中水动力相互作用对于众多立管系统的干涉分析来说不可忽略。该文主要根据DNV—RP—F203规范介绍了基于水动力相互作用的深水立管干涉分析方法,给出了深水立管干涉分析的设计流程,探讨了立管干涉的可接受标准,为深水立管设计分析提供借鉴。     

深水多梯度钻井方法及仿真分析

油气勘探开发转向海洋尤其是深海已成为必然。与陆地和浅水相比,由于深水地层特殊的地质沉积条件,深水钻井面临地层压力和破裂压力之间钻井液安全密度窗口窄的问题,井筒压力很难保持在允许的压力窗口之间。为此,介绍了多梯度钻井技术的原理、采用低密度空心球随钻分离注入的实现方法以及其优点：①可以达到较高的空心球浓度（50%~60%）,钻井液密度降低明显;②钻井液返回海面后不必分离空心球,可重新循环;③隔水管内钻井液密度和钻杆内钻井液密度相当,不会产生U形管效应;④设备所占空间少,系统操作和控制相对简单。同时,编写了多梯度钻井的仿真程序,分析了空心球注入对压力变化影响效果。结果表明,采用空心球随钻分离注入技术能够实现对井筒压力的优化分配,使井底压力在较长的井段内介于地层压力和破裂压力之间,从而达到简化井身结构的效果。     

海洋深水高温高压气井环空带压管理

中国南海高温高压油气藏开发过程中,井筒环空带压问题突出,一旦超过允许值将会影响安全生产。为了保证气井的正常生产,需要确定环空压力的合理范围,为此基于ISO 16530-1:2017标准和API RP 90-2的推荐做法,研究并建立了考虑管柱承压能力和关键节点校核的深水高温高压气井环空带压控制值计算模型以及一套环空压力管理图版。研究结果表明:①管柱承压能力计算主要针对环空对应的油管和套管;②关键节点校核计算主要针对井口装置、封隔器、井下安全阀和尾管悬挂器等;③建立了环空最小预留压力计算模型,以确保对深水高地层压力或井底高流压气井的环空施加一定的备压,保证井下管柱和工具在合理环空压力范围内正常工作;④以某深水气井为实例进行了计算与分析,得到了考虑和不考虑壁厚减薄情况下随投产时间变化的各环空带压控制值。结论认为,所建立的模型及图版应用于海上深水高温高压气井,使用简便、可操作性强,可以为深水高温高压气井及类似井的井筒环空压力管理提供借鉴。     

国内外X80深水钻井隔水管主管性能对比

随着我国海洋油气勘探向着深水领域发展,钻井隔水管的国产化研制显得越来越重要。通过对我国自主研制的X80级533.4 mm×25.4 mm规格的海洋钻井隔水管主管和国外制造的同等规格的隔水管主管在板材成分、组织、拉伸性能、冲击性能、CTOD断裂韧性及几何尺寸控制等方面的试验检测对比,结果表明我国已经初步掌握了X80深水钻井隔水管主管的制造技术,但在焊接质量稳定性、几何尺寸精度控制方面尚需进一步改进。     

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。     

深水钻井管柱系统动力学分析与设计方法研究

深水钻井过程中,从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦,呈现出接触非线性特征。为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性,将其简化为管中管结构,并提出了对应的管柱动力学模型。采用Abaqus有限元软件,对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟,并将模拟结果导入Isight优化软件,进行基于可靠度分析的多目标优化设计,确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合。研究发现,相比于单独考虑隔水管的模型,提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小,说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用;此外,提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法,可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题。      

气举法控制深水混合立管严重段塞流实验研究

利用深水混合立管系统模拟流动实验装置进行了严重段塞流的注气控制模拟实验,结果表明,在立管底部进行气举法控制可以减小流型图中不稳定流区域,并能明显减小管内压力大小和波动幅度,但过大的注气量会增大柔性管段的摩阻损失,使整个立管系统的压力增大,对流动反而不利。根据实验中管内压力随注气量增大的变化趋势的不同,将混合立管系统的气举控制过程分为4个阶段,不同控制阶段垂直立管内流型有所不同;注气控制不能完全消除深水混合立管系统中的不稳定流,但将垂直立管流型控制在段塞流与过渡流分界处时可达到较好的控制效果。     

深水超深井钻井井筒温度剖面预测

在深水海域进行超深井钻井时,钻井液温度变化幅度较大,温度剖面的准确预测对于深水超深井的安全钻进至关重要。为了准确预测深水超深井钻井温度剖面,为深水超深井钻井设计提供借鉴,通过能量守恒原理建立了钻井温度剖面的计算模型,考虑不同井段的传热方式不同,将井身结构分为海水段、套管段、裸眼段进行分析,并通过数值法求解。通过实例计算对影响温度剖面的因素进行了分析。结果表明,钻井液循环300 min后,钻井液温度剖面趋于稳定;钻井液在整个循环过程中,温度差可达150 ℃;排量对井壁温度的影响较小,对井底钻井液温度的影响较大,且排量越大,井底温度越高;由于目的层较深,入口温度对于井底温度的影响较小。研究结果可为我国深水超深井安全钻井提供参考。     

深水作业中钻井液在低温高压条件下的流变性

在深水钻井作业中,安全密度窗口非常窄,井下压力控制是面临的主要难题之一。随着水深的不断增加,环境温度随之降低,钻井液的黏度和切力随之升高;同时,由上千米隔水管内的钻井液所附加的静液柱压力使井底压力远大于浅水作业时相同井深的井底压力。这些因素的共同作用使得当量循环密度随之增加,进一步加大井底压力控制的难度。选择用于深水钻井的一种水基和一种合成基钻井液为研究对象,分别改变温度和压力等实验条件,利用FANN公司的ix77流变仪测量了钻井液在低温、高压下的流变参数,以此找出深水条件下钻井液流变性随温度和压力的变化规律。     

深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计

针对目前深水钻井防台时隔水管处理方式存在的作业窗口小、作业模式选择困难、易发生事故等问题,本文提出了将隔水管硬悬挂与软悬挂方案相结合的新方法,既能快速操作,又能缓冲隔水管运动.为了降低新方法中隔水管的加速度,提出并分析了 3种控制方案对加速度的补偿效果,结果表明加速度峰值控制方案具有制造安装简单、实施方便等优势.在此基...     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

南海深水钻井隔水管设计与作业技术

深水钻井隔水管设计与作业技术是深水钻井最重要的考虑内容之一。为此,针对我国南海深水油气钻井作业的迫切需要,考虑了平台与装备的实际条件,开展了深水钻井隔水管设计与作业技术研究,具体包括隔水管系统配置、排列设计和张紧力、钻井作业窗口、下放/回收作业窗口和悬挂作业窗口等。结果认为,排列设计就要确定隔水管具体的下放列表供现场司钻使用,而张紧力的确定既要满足API规范关于最小张紧力的要求,同时也应更适合于现场作业。算例所用基础数据依托南海某深水钻井平台,依据某井位具体的水深和环境条件,最后给出了隔水管设计与作业技术的具体应用情况,设计方案与作业参数已在南海深水钻井实践中得到成功应用。相关结论可为深水钻井隔水管设计与作业提供参考。     

深水立管严重段塞流控制方法及其模拟分析

深水立管中常会出现严重段塞流,如果不加以控制,会带来严重的流动安全问题。为此,对国内外深水立管严重段塞流控制方法进行了全面调研和分析,总结了每种控制方法的优缺点、现场应用情况和适用范围。在此基础上利用某深水油气田的海管和立管资料,采用多相流瞬态模拟软件OLGA模拟了典型年份的流动状况,对段塞流最严重年份分别采用节流法、气举法、节流和气举结合法等方法进行了模拟,并探讨了管径与段塞流的关系。结论认为：该油气田生产后期会出现严重段塞流;在管径优化和设计阶段要充分考虑严重段塞流的影响;不同的段塞流控制方法适用于不同的工况,针对具体深水工程项目,应在开展软件模拟分析时综合考虑各种因素,最终选取经济、有效的段塞流控制方法。     

采用双梯度钻井优化深水井井身结构

针对深水钻井中因地层压力和破裂压力间隙过小引起的井身结构设计问题,提出采用双梯度钻井技术。介绍了双梯度钻井技术的基本原理,给出了海底泥线下井眼钻井液当量密度公式。根据传统井身结构设计方法和双梯度的井眼钻井液当量密度的变化规律,推导出套管下入深度的计算公式。结合深水钻井的特点,考虑钻井施工的特殊要求,开发了深水双梯度钻井井身结构设计及优化程序。实例分析表明,与常规钻井方法相比,双梯度钻井井眼钻井液压力很好地匹配了地层压力和破裂压力之间的间隙,将去除使用2～3层套管鞋深度点,减少井眼和井口尺寸以及降低套管费用。双梯度钻井为深水钻井井身结构设计提供了一种新的优化方法,具有显著的经济效益和工业实用价值。