深水钻井装置浅水区动力定位方式风险研究

当今世界上先进的深水钻完井装置具有锚泊及动力定位2种方式作业能力,业内推荐做法为水深小于1 500 m都可以使用锚泊方式定位,对于动力定位方式在浅水区的适应性和风险则缺少分析。通过对动力定位方式的原理及其漂移限制进行论述,包括了浅水定位的理论限制以及规避风险的措施,提出如何设定观察圈范围及浅水作业使用动力定位方式时应考虑因素、作业风险及应对措施,除了环境及深水钻井装置应急解脱时间影响因素外,还将考虑隔水管系统极限、水下井口和结构套管强度、通讯系统、定位传感器系统等影响因素,应对措施包括井口设备选择、隔水管系统分析、人员交流培训和使用者和承包商协议等,对浅水区使用定位方式作业有一定的指导意义。     

动力定位钻井平台漂移警戒红圈半径现场计算与运用

本文着重介绍动力定位钻井平台漂移警戒红圈半径的意义,并推导出其预测公式,进而通过现场应用进行说明其重要性,从而为以后钻井作业中动力定位钻井平台漂移应急操作提供借鉴。     

海洋动力定位钻井平台失控漂移的安全应急处置对策

动力定位钻井平台虽已逐步广泛应用于深水和超深水油气资源的勘探开发,但由于其面临着非常复杂的环境工况和各种复杂因素的挑战,ＤＰ定位系统可能出现失控漂移的应急状况。一旦发生ＤＰ定位失控漂移,对平台的安全生产作业将造成严重的威胁,倘若处理不当或处理不及时,将可能导致巨大的财产损失甚至还会出现海洋环境污染事故。针对ＤＰ定位出现失控漂移的工况采取有效的安全应急解脱方法来减少和避免直接损失,这是目前采用的主要控制手段。为此,主要从ＤＰ定位钻井平台各种失控漂移工况并结合现场安全应急实践经验来研究ＤＰ定位钻井平台发生失控漂移时的应急处置对策,对现场管理者和操作者进行正确而有效的应急处置将可以最大限度的减少各种损失甚至可以避免巨大的直接损失。     

深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限

建立了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移动力学模型,提出了深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限分析方法,并进行了实例分析。分别建立了深水钻井隔水管-井口-导管耦合系统分析模型及平台漂移动力学分析模型,开发了深水钻井平台漂移动力学求解器。结合实例开展了深水钻井平台-隔水管耦合动力学特性及耦合作用规律分析,阐述了漂移预警界限分析方法。结果表明:平台漂移初始阶段隔水管载荷对平台漂移起促进作用,随着平台漂移位移的增大隔水管逐渐开始抑制平台漂移;平台漂移运动过程中隔水管系统顶部参数响应较快,底部参数响应具有明显的迟滞效应;随着海流流速的增大或水深的减小,深水钻井平台-隔水管耦合系统漂移预警界限减小,应尽早准备和启动隔水管系统底部脱离。     

海洋深水钻井隔水管动力分析

随着海洋油气钻井向深水领域发展,钻井隔水管的受力越来越复杂,随着水深的增加,钻井隔水管的动力学分析显得越来越重要.文章考虑了隔水管所受的三维载荷,运用有限元法,采用三维动力学模型对深水钻井隔水管的动力特性进行了计算分析.研究表明,顶部张力对隔水管的自振频率影响明显,随着顶部张力的增大,隔水管的自振频率增大;深水隔水管常规使用下的高阶频率与常见海浪频率接近,在设计和施工中应特别注意.调节隔水管顶部张力可在一定范围内改变隔水管系统的自振频率,以避开与海浪产生共振的频率.     

深水钻井平台动力定位失效风险分析与控制

本文根据动力定位系统的组成,从动力系统、动力定位控制系统与人因三方面对平台动力定位失效风险进行定性分析,建立钻井平台动力定位失效事件树,并基于屏障理论给出了防止钻井平台动力定位失效的三重屏障措施。研究表明,钻井平台动力定位失效原因主要来源于设备失效与人因失效两方面,在提高设备可靠性的基础上,防止动力定位失效后造成严重后果的关键在于提高人的可靠性,防止人因失效的发生。     

半潜式钻井平台动力定位模型试验分析

从理论和实验角度对深水钻井平台的动力系统技术进行研究,为今后本领域研究提供借鉴。     

钻井船漂移状态下隔水管-井口系统安全分析

常规钻井平台位置警戒圈根据隔水管的静态分析方法确定,无法考虑风、浪、流等载荷作用下平台的运动轨迹,也不能确定平台达到极限位置的时间,存在一定的局限性。为此,建立了基于钻井平台-隔水管-水下井口系统的动态耦合方法,采用FLEXCOM软件建立了钻井平台漂移分析的有限元模型,得出平台动态漂移轨迹与漂移情况下隔水管-井口系统的载荷状态,并结合平台应急解脱作业的响应时间,提出了钻井船允许的漂移时间和漂移距离的计算方法。分析结果表明:漂移分析模型综合考虑了风、浪、流等载荷的影响,能够动态预测平台动力定位失效情况下钻井船的漂移轨迹;在隔水管-井口系统的选型设计时,要针对具体井开展漂移分析计算,根据计算结果评估漂移时间和距离是否满足平台响应的时间要求,根据分析确定限制因素,针对性地采取强化措施。所得结论对于保证深水钻井隔水管系统和水下井口系统的完整性具有重要意义。     

第六代半潜式钻井平台定位能力分析研究

在钻前风险识别阶段,根据南中国海天气海况条件,分析了第六代半潜式钻井平台定位能力。分别针对1年一遇季风、5年一遇台风和10年一遇强台风的情况进行了分析计算。结果表明,推进器辅助模式的锚泊系统能够满足作业条件下的结构强度要求,若要满足最大漂移量为水深的2%要求,则最大允许波高、波速分别为3.82m和11.40m/s。确定第六代半潜式钻井平台适应南中国海天气海况的定位能力,为制定钻井作业的应急反应策略和应对措施提供决策依据。     

发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战

海洋石油开采的成本随水深的增加而增长。水越深,环境越恶劣,对钻井和采油平台的要求越苛刻。为迎接深水钻井和采油的挑战,20世纪80年代开发出集中海洋结构设计、制造、安装、智能定位、控制、石油开采、检测与安全适时评定等现代高新技术的张力腿平台。阐述了这类平台的结构及特点、研究内容与设计流程,并对张力腿平台最难以解决的动力响应研究进行了分析。张力腿平台满足了深水石油开采的需要,是1829m水深范围内钻井和采油的理想设备。     

深水钻井平台钻机大钩载荷计算方法

在浅水平台钻机大钩载荷计算方法基础上,针对下隔水管与防喷器、下套管以及起下钻等作业工况,基于弹性杆振动理论,给出了合理确定深水钻井平台钻机大钩载荷的计算方法.以某深水钻井平台设计工况为例,确定了3000m水深、10000m井深条件下所需的大钩载荷,讨论了平台升沉运动幅值、运动周期以及钻井泥浆密度对钻机大钩载荷的影响,所获得的结论可供深水钻井平台设计和深水钻井作业参考.     

深水钻井最大允许气侵溢流量的计算方法

深水钻井对井控提出了更高的要求,气侵的早期监测便成为深水井控研究的热点。由于溢流量预警值为经验值,使得现有泥浆池增量法在水深较深、原始地层压力较高的井中应用的普适性和可靠性较差。为此,通过引入最大允许关井套压和环空气体上升位置,计算不同溢流量条件下的压井风险,建立了基于气侵的溢流量预警值反算方法,以此来保证在现有井控设备、施工参数和地层参数等确定的条件下进行更为精确可靠的气侵溢流监测。同时引入含可信度地层压力预测方法对溢流量预警值反算方法进行改进,最大限度地降低了因地层压力预测不准而导致的气侵监测误差。实例计算结果表明,该方法充分考虑了气侵后气体上升位置和压井风险,能够大大提高深水钻井气侵早期监测的准确率和可靠性,对于实现因井而异的溢流量预警值设计和降低气侵监测成本有实际意义。同时提出推荐采用精度更高更稳定的进出口流量计对泥浆池增量进行监测,以满足半潜式钻井平台的测量精度。     

基于隔水管受力分析的深水钻井平台防台风措施优选

针对深水平台作业中遭遇台风平台需要优选紧急避航路线的问题,利用有限元分析方法建立了隔水管拖航过程的力学模型,简化波浪和海流作用,得到了软、硬悬挂隔水管长度与许用最大速度关系,制定了深水钻井平台3种防台措施,并给出平台与台风最不利位置计算模型,以某浮式钻井平台紧急防台为例优选防台措施。力学分析表明:隔水管的最大应力和最大弯矩位置出现在近海面处;浮块数量增加,隔水管顶部最大转角会限制平台的最大航速;隔水管较短的情况硬悬挂方式有更快的航速,反之,软悬挂方式最大许用航速大。防台措施表明:根据最不利位置计算模型,可以快速计算出符合的防台位置和防台措施,根据安全和再作业等情况优选出最佳航行路线。     

深水钻井当量循环密度影响规律分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,当量循环密度(ECD)的预测和控制较难。针对南海深水井通过水力学分析软件进行ECD计算模拟,并对增压泵的影响进行了分析,揭示了深水钻井ECD的影响规律,为深水钻井水力参数设计和现场作业提供了依据。研究表明:深水钻井中,不仅要通过大排量和控制机械钻速来保持井眼清洁和控制ECD,还需要考虑温度对ECD的影响,尤其是在有增压泵的情况下,ECD随着增压泵排量的增大会逐渐增大。     

海洋深水高盐阳离子聚合物钻井液室内实验研究

海洋深水钻井作业条件复杂,钻井液中一旦形成天然气水合物,必将导致钻井液无法正常循环,从而使钻井作业时间延长。针对这一问题,通过室内实验优选出了适合海洋深水钻井作业的高盐阳离子聚合物钻井液配方。该钻井液是以20%NaCl作为水合物抑制剂,以高分子量阳离子聚合物作为絮凝剂,以小分子量阳离子聚合物作为粘土稳定剂,并配合使用降滤失剂、增粘稳定剂、润滑剂等处理剂配制而成。实验结果表明,所配制的钻井液具有较好的抗温性和较强的抗污染能力,以及良好的抑制性和油气层保护能力,能够阻止低温下天然气水合物的形成,可以满足海洋深水钻井作业的需要。     

海上深水钻井隔水管振动特性研究

针对海上深水钻井隔水管特点和实际钻井作业中的具体情况,建立了深水钻井隔水管受力模型,并通过能量法求解得到了较为精确的隔水管挠曲变形方程;在此基础上,采用结构力学研究和分析方法,得到了深水钻井隔水管固有频率的简便计算方法和表达式.本文所提出的海上深水钻井隔水管振动特性分析方法简便易行,对指导室内设计和现场作业有重要意义.     

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。