深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟

考虑钻井液与地层的热交换和水合物的分解,建立了水合物地层井壁稳定流固耦合数学模型,并开发了有限元程序。实例分析了钻井液压力和温度、原始地层水合物饱和度及施工作业时间等因素对水合物地层井壁稳定的影响,结果表明:随着钻井液温度、施工作业时间的增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域增大,不利于井壁稳定;随着钻井液压力、原始地层水合物饱和度增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域减小,有利于井壁稳定,因此深水钻井中应选择造壁性能好的低温钻井液并适当增加液柱压力。     

深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级探讨

为了解决深水半潜式平台防喷器控制系统存在系统落后、操作时间长、应急能力不足、冗余度低等问题,此文从深水半潜式钻井平台防喷器地面控制和水下控制系统分析,对比超深水半潜式钻井平台防喷器控制系统特点,结合实际现场作业经验和需求,探讨将目前深水半潜式钻井平台防喷器地面与水下控制系统进行适当的改造与升级方法,以实现较小的投入,达到快速升级防喷器控制系统和稳定安全地操作水下防喷器的目的,提出了改进升级的方法,旨在为今后我国深水半潜式钻井平台防喷器控制系统升级工作提供参考。     

深水钻井问题综述

该文通过研究国外深水作业的相关文献，对深水钻井区别于潜水所面临的问题（海底低温、天然气水合物、泥浆窗口窄、地质灾害）的成因、对钻井的危害、预防和应对措施进行了总结。     

海洋深水钻井的钻井液研究进展

在参阅大量海洋深水钻探方面的技术文献资料的基础上 ,对海洋深水钻探中的钻井液使用作了归纳和总结。目的在于借鉴国外成功经验 ,为我国今后开展这方面研究工作做一些技术信息方面的铺垫 ;还结合国外海洋深水钻井液研究现状 ,提出了对海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议。     

深水钻井防喷器系统关键设备技术研究

深水钻井防喷器系统在保障海上油气作业安全,保护海洋环境和人身安全中起着关键作用。目前,国内深水钻井防喷器系统研制正在起步阶段,为了能提高国产深水钻井防喷器系统关键设备技术水平,在介绍深水钻井防喷器系统中关键设备的国内外技术现状基础上,重点对典型深水防喷器系统中深水BOP组和控制单元的关键设备进行了研究。分析了深水防喷器系统中其关键设备的主要特征,并对其组成和功能进行了说明。结合国内实际情况,提出了深水钻井防喷器系统研究建议。     

深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析

采用水上防喷器(SBOP)系统进行深水钻井可以大大降低作业成本,但在SBOP系统的应用中还有许多问题需要探讨.建立了深水水上防喷器钻井系统水下井口稳定性分析模型并进行了分析,结果表明:采用水上防喷器系统,导管下入深度可以比常规隔水管系统浅,且导管直径越大水下井口的稳定性越好;大尺寸隔水管会导致水下井口产生较大的横向偏移和弯矩;随着水深的增加,水下井口的横向偏移和弯矩值逐渐增大;水下井口的横向偏移和弯矩值随着钻井平台漂移量的增大而线性增加,并且随着隔水管顶张力的提高而逐渐增大.     

“海洋石油981”超深水钻井装置防喷器系统可靠性分析

超深水钻井环境和技术工艺复杂,对钻井作业安全提出了极高的挑战,而超深水钻井装置防喷器系统是确保钻井和井控作业安全的核心设备。利用冗余方法从防喷器系统配置和测试2个方面对"海洋石油981"超深水钻井装置防喷器系统进行了可靠性分析,结果表明:除了全井段使用88.900 mm钻杆作业和剪切钻杆的工况外,防喷器及其控制系统是一个多重冗余配置系统,系统的可靠性是足够的。在此基础上,提出了进一步提升"海洋石油981"平台防喷器系统可靠性的配置方案建议。     

海洋深水钻井钻井液研究进展

针对海洋石油勘探深水钻井遇到的复杂问题:井壁稳定性,钻井液用量大,地层破裂压力窗口窄,井眼清洗问题,低温下钻井液的流变性,浅层天然气与形成的气体水合物,对海洋深水钻井中使用的钻井液进行了综述.目的在于借鉴国外成功经验,为中国今后开展海洋石油勘探深水钻井方面的研究工作做一些技术信息的铺垫;并结合国外海洋深水钻井液研究现状,提出了对中国海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议.     

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。     

钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟

为了分析钻井防喷器剪切闸板结构因素对其性能的影响,以及剪切闸板在剪切钻杆过程中的三维力学行为,在分析防喷器剪切闸板结构原理基础上建立了剪切闸板不同型式的三维模型,采用ANSYS显示动力学对剪切闸板剪切钻杆井下三维力学行为进行数值模拟,并对上剪切闸板的下颚长短和刃角大小等闸板参数进行了分析。分析结果表明:上剪切闸板的长下颚型式在前段力稍微大些,但是后段由于长下颚的支撑,更易剪断钻杆;钻杆在承受拉伸载荷时更易剪断,而剪切试验中钻杆是处于无拉伸状态下,应适当提高剪切力;下剪切闸板为V形刃口比平刃口更有利于剪切钻杆,并有利于钻杆的回正;刃角分别为14°和20°时,后者在前期所需的剪切力较前者小,有利于钻杆的初始破坏。研究结果对于防喷器剪切闸板的优化设计具有一定的参考意义。     

深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析

深水钻井中,若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离,隔水管会反冲,易导致钻井事故。为了解隔水管紧急脱离后的反冲响应规律,分析了隔水管反冲产生的原因及反冲响应过程,明确了隔水管反冲响应的机理和关键影响因素。在此基础上,建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型,以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素,基于ANSYS有限元分析软件,建立了隔水管反冲响应分析模型,并以1 500 m水深钻井中的隔水管为例,计算、分析了不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明,与防喷器紧急脱离后,隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲,伸缩节冲程减小。研究认为,紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响,因此应合理选择紧急脱离时刻和顶部张紧力,以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。      

Numerical Simulation on Deepwater Drilling Wellbore Temperature and Pressure Distribution

Abstract

Considering the effect of temperature and pressure on the characteristics of drilling fluid, a coupled model of deepwater drilling wellbore temperature and pressure was established. By numerical simulation, the wellbore temperature and pressure distribution were obtained. Studies have shown that minimum temperature appears in the position slightly upward of the mud line, and maximum temperature appears in the position slightly upward of the bottom hole. Maximum equivalent circulation density (ECD) appears in the shallow layer. In order to accurately predict wellbore temperature and pressure, the effect of temperature and pressure on mud should be coupled; moreover, the variation of convection heat transfer coefficient should be considered.     

深水钻井液关键技术研究

分析了深水钻井液面临的技术难题,认为深水钻井所面临的主要问题有深水低温问题、深水浅层含气砂岩所引起的气体水合物生成问题、海底泥岩稳定性问题及钻井液用量大、井眼清洗困难等问题。根据深水钻井中出现的问题和面临的困难,指出了深水钻井液应具有良好的低温流变性、悬浮携岩能力、页岩稳定性、环保性能及综合成本低等特点。调研了国外常用的深水钻井液体系,研制了深水钻井液水合物抑制性评价试验装置,探讨了深水钻井液中水合物的形成规律及机理,优选了深水钻井液用水合物抑制剂及其配方。在优选深水钻井液用处理剂的基础上,得出了深水钻井液的最终配方,并进行了全面的性能评价。最后,根据我国深水钻井液技术研究的现状,提出了下一步的研究重点。      

深水钻井气制油合成基钻井液室内研究

深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、浅层气易形成气体水合物、井壁易失稳等技术难题,对深水钻井液提出了更高的要求。通过研究乳化剂加量、有机土加量、水相体积分数对深水气制油合成基钻井液低温流变性和电稳定性的影响,配制了一种深水气制油合成基钻井液,其配方为80%气制油+20%CaCl2盐水+3%RHJ+3%有机土+3%HiFLO+2%CaO,并研究了其低温流变性、抑制天然气水合物生成的能力和储层保护能力。研究结果表明:该钻井液具有较好的低温流变性,动切力几乎不受温度影响,在较大的温度变化范围内保持稳定;在20 MPa甲烷气体、0℃温度条件下能有效抑制天然气水合物的生成;能有效保护油气储层,其渗透率恢复率达85%以上,可以满足海洋深水钻井的要求。      

深水钻井气体沿井筒上升的膨胀规律

深水钻井井筒温度场与陆地钻井井筒温度场不同,而气体沿井筒上升的膨胀规律与温度密切相关,为了更好地进行深水钻井井控,需要求出深水钻井井筒温度场,并在此基础上分析深水钻井过程中气体沿井筒上升的膨胀规律。根据能量守恒定律和真实气体状态方程建立了深水钻井井筒温度场和气体膨胀计算模型,并利用所建立的模型分析了深水钻井时气体沿井筒上升的膨胀规律:气侵发生在井底时,循环期间的气体膨胀明显大于非循环期间的气体膨胀,井深越深两种工况的差别越明显;无论是循环期间还是非循环期间,钻井液密度越小,气体膨胀越明显;气侵发生在隔水管底部时,非循环期间的气体膨胀大于循环期间的气体膨胀,与气侵发生在井底情况相反;气侵速度一定,溢流到达某井深时,非循环期间的溢流体积比循环期间的大。     

深水聚胺高性能钻井液试验研究

聚胺高性能钻井液是性能最接近油基钻井液的水基钻井液,在深水钻井领域具有广阔的应用前景。为降低钻井液成本,在研制聚胺强抑制剂的基础上,考虑水合物抑制及低温流变性等因素,通过优选处理剂,构建了适用于深水钻井的聚胺高性能钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液可抗150 ℃高温,且低温流变性优良,2 ℃和25 ℃的表观黏度比和动切力比分别为1.36和1.14;其抑制页岩水化分散效果与油基钻井液相当,体现了其强抑制特性;在模拟1 500 m水深的海底低温高压(1.7 ℃,17.41 MPa)条件下,具备120 h抑制水合物生成的能力;抗钙、抗劣土污染能力较强;无生物毒性,能满足深水钻井环保要求。其主要性能指标基本达到了用于深水钻井的同类钻井液水平,可满足深水钻井要求。      

深水井喷应急技术分类及研究方向探讨

深水油气勘探开发中,井喷事故会造成巨大损失,因此随着深水油气开发力度的不断加大,有必要开展深水井喷应急技术研究。跟踪国内外深水井喷应急技术最新进展,将9种深水井喷应急技术分为完全井喷控制技术、暂时井喷控制技术、井喷危害减轻技术等3类。阐述了各深水井喷应急技术的原理、工作过程、适用条件、设计思路及成熟程度,并对各应急技术的研究重点提出了建议。针对我国深水井喷应急技术的研究和发展现状,建议重点开展深水高效救援井技术、简易防喷器技术、深水水下井控应急作业技术、深水井喷油气举升技术和深水井喷水合物抑制技术等5个方面的研究工作。      

深水钻井技术装备现状及发展趋势

随着水深的不断增加,海洋环境及海底地质条件更为复杂,深水钻井工程面临着越来越多的挑战。为了应对这些挑战,全球对深水钻井技术研究的投资不断增加,深水钻井技术装备水平也在不断突破,深水钻井技术装备在石油工业中的地位越来越重要。通过跟踪调研国内外深水油气钻井技术及装备的发展,详细分析、阐述了深水钻井技术面临的挑战及目前国外该技术和关键装备的发展状况,介绍了我国目前深水钻井技术装备发展现状,并就我国加快深水油气勘探开发提出了一些探索性的观点和建议。      

深水钻井液关键外加剂优选评价方法

常规深水钻井作业由于其特殊的深水低温高压环境,对钻井液的性能提出了更高的要求,在深水环境下,钻井液对气体水合物的抑制性能和低温下良好的流变性能是深水钻井液的关键性能,而赋予这些性能的外加剂——气体水合物抑制剂和流型调节剂则为深水钻井液的关键外加剂。目前水合物抑制剂的评价方法一般采用温度/压力法,即通过实验过程中温度和压力的变化来判断气体水合物的生成与分解,从而判别抑制剂性能的好坏。对流型调节剂的优选评价,一般是通过测定钻井液在作业范围的全温度段的流变性能来体现的,要求钻井液具有恒流变的特性,即钻井液的塑性黏度、动切力、六速旋转黏度计低转速下的读数(φ6,φ3)在作业范围的全温度段的变化较小。