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。     

深水钻井喷射法安装表层导管极限下入深度确定

准确了解深水钻井导管喷射极限下入深度对安全、高效深水钻井具有重要的意义。根据导管喷射下入系统的受力分析,对影响导管极限下入的土质参数及施工参数进行了研究,土质参数的影响因素主要包括土体抗剪强度和土体摩阻力;施工参数的影响因素主要包括喷射钻压、喷射排量及导管垂直度。基于对喷射过程中导管下入系统合力为0 的工况进行研究,建立了深水钻井导管极限下入深度的预测模型;运用预测模型对南海某深水井的导管喷射进行了实例计算,得出了实际工况下导管喷射最小下入深度及最大下入深度。现场应用结果表明,该研究成果对安全喷射施工设计具有指导意义。     

深水油气井新型膨胀导管力学特性

喷射法下入表层导管在行业内已经成为一种广受欢迎的导管安装方式，若导管承载能力不足，可能造成井口失稳、建井失败等巨大损失。为提高表层导管的承载能力，采用了新型可膨胀导管技术，此技术能有效增大导管外表面积，加强导管承载力，降低井口失稳风险，是一种既经济又安全的高效方法。首先对遇水延迟膨胀材料进行了评价和优选，通过实验测试了不同温度和压载情况下膨胀材料随时间的体积变化率。根据表层导管极限承载力变化规律，分析了膨胀导管在吸水延迟膨胀阶段的力学行为特征，利用实验数据线性回归得到了材料体积膨胀系数，建立了涵盖体积膨胀效应的膨胀导管极限承载力计算模型，并进行现场应用实验。实验结果表明：膨胀材料的膨胀率随温度的下降略有减小，随围压的增大缓慢降低，起始膨胀时刻可通过技术手段进行控制。试验井实际应用结果表明：理论预测结果符合实际情况，新型膨胀表层导管可使导管表面积增加20 % 以上，承载力提升30 % 以上。膨胀导管既能满足现场施工要求，减少表层导管下入深度和使用数量，又能显著提升水下井口承载力，可为深水钻井降本增效提供技术支撑。     

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。     

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。     

深水钻井井口吸力锚最小下入深度预测方法

深水油气田采用井口吸力锚进行表层建井时,存在井口塌陷或地层过硬不能下入到位的风险。在分析井口吸力锚下入原理的基础上,建立了考虑安装效应的井口吸力锚承载力模型;针对二开固井最危险工况,推导了钻井过程中井口最大荷载计算公式;考虑桩基安全系数,建立了基于承载力的井口吸力锚下入深度模型。利用该下入深度计算模型,计算得到南海X井的井口吸力锚最小入泥深度为10.56 m。采用ABAQUS软件,以南海X井环境参数为基础,建立了有限元模型,计算了井口吸力桩的竖向承载力为8 593.22 kN;同等入泥深度理论计算承载力为8 063.59 kN,误差为6.16%,准确度较高。研究结果表明,基于极限承载力的井口吸力锚下入深度模型能够精准预测井口吸力锚的最小下入深度,提高水下井口下入安装和钻井阶段的安全性。     

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。      

南海超深水喷射钻井导管入泥深度设计方法

导管入泥深度的合理设计是深水喷射钻井作业成功实施的关键.分析导管轴向最大承载工况以及导管承载力随时间的变化.研究土剖面已知或未知情况下导管最小入泥深度设计方法,后者能有效地节省对深层土壤进行实际钻孔取心的作业成本.研究表明,导管入泥深度主要由土壤性质、固井井口载荷以及导管静置时间决定.算例验证了方法的准确性.所研究的方...     

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。      

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。     

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。     

Multistring analysis of wellhead movement and uncemented casing strength in offshore oil and gas wells

This paper presents a theoretical method and a finite element method to describe wellhead movement and uncemented casing strength in offshore oil and gas wells.Parameters considered in the theoretical method include operating load during drilling and completion and the temperature field,pressure field and the end effect of pressure during gas production.The finite element method for multistring analysis is developed to simulate random contact between casings.The relevant finite element analysis scheme is also presented according to the actual procedures of drilling,completion and gas production.Finally,field cases are presented and analyzed using the proposed methods.These are four offshore wells in the South China Sea.The calculated wellhead growths during gas production are compared with measured values.The results show that the wellhead subsides during drilling and completion and grows up during gas production.The theoretical and finite element solutions for wellhead growth are in good agreement with measured values and the deviations of calculation are within 10％.The maximum von Mises stress on the uncemented intermediate casing occurs during the running of the oil tube.The maximum von Mises stress on the uncemented production casing,calculated with the theoretical method occurs at removing the blow-out-preventer （BOP） while that calculated with the finite element method occurs at gas production.Finite element solutions for von Mises stress are recommended and the uncemented casings of four wells satisfy strength requirements.     

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%。     

世界深水油气勘探形势分析及对我国深水油气勘探的启示

为了了解及借鉴世界深水油气勘探开发的技术、经验,从而对我国正在开展的深水油气勘探开发有所启示,对当前世界深水油气勘探开发形势、面临问题及发展趋势等进行了广泛调研,并进行了较深入分析。全球深水海域油气资源丰富,已成为当前热门的油气勘探领域。深水油气产量及所占比重不断增长,全球深水油气产量从1996年的不足2×108bbl油当量增长到2005年的14×108bbl油当量,全球深水油气产量占海洋油气总产量的比重分别由2004年的10%和7%,将增长至2015年的25%和12%。与此同时,随着深水油气勘探的逐渐深入,也面临着越来越多的难题,如油藏规模越来越小、油藏流体越来越复杂、作业海域环境越来越恶劣以及对技术的要求越来越高等。为了解决这些问题,高分辨率3D地震技术、4C/4D地震技术、大位移水平井及分支井技术、智能完井技术、各种深水作业平台以及越来越智能化的海底生产系统等,正日益广泛应用于深水油气的勘探开发中。全球深水油气勘探开发形势表明,深水油气勘探开发虽然面临各种难题与挑战,但因其丰厚的投资回报以及相关技术的快速进步,使得其在世界各深水海域得以迅猛推进,尤其在大西洋两侧的西非沿岸、巴西近海和墨西哥湾深水区,并不断取得重大发现,成为全球油气储量增长的重要一极。我国南海北部陆坡深水盆地具有与大西洋两侧盆地群类似的被动大陆边缘背景,亦应具有良好的油气前景,最新的荔湾3-1-1井取得的重大发现亦证实了此点。南海南部周边国家在南部深水区已取得的众多油气发现亦表明我国南海南部深水区具有良好的油气勘探前景。因此,应加快勘探开发的步伐,充分利用深水区丰富的油气资源。     

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。     

深水油气田开发工程中的基础应用探讨

在对国内外深水油气田开发中的张力腿平台(TLP)、深水柱筒平台(SPAR)、半潜式生产平台、浮式生产储油卸油装置( FPSO)和水下生产系统(SBS)所采用的基础型式进行较详细调研的基础上,讨论了常见的基础型式的特点,考虑其实际应用情况并结合我国南海深水油气开发中可能采用的工程开发模式,探讨我国深水油气田开发适用的基础...     

超深水钻井隔水管-井口系统涡激振动疲劳分析

超深水钻井作业经常发生隔水管涡激疲劳问题,而由隔水管涡激振动(VIV)引起的井口系统疲劳可能更为严重。根据超深水隔水管-井口系统VIV疲劳分析算法与计算流程,建立隔水管-井口系统整体有限元模型,通过模态分析提取各阶模态下所有节点的振型、斜率和曲率,应用SHEAR7程序进行详细疲劳分析,识别系统关键疲劳部位,评估系统的VIV疲劳寿命,并研究顶张力、防喷器(BOP)、导管结构尺寸及井口出泥高度对井口系统VIV疲劳特性的影响规律。针对南海某超深水井的隔水管-井口系统进行实例分析,结果表明,超深水隔水管 井口系统容易发生多阶模态振动,系统最大疲劳损伤位于导管上,系统疲劳寿命满足作业要求,适当提高顶张力、采用小型化的BOP、增大导管抗弯刚度以及降低井口出泥高度均可有效改善井口系统的VIV疲劳性能。     

废弃油气井可能的环境法律问题探讨

废弃油气井存在潜在的环境危害,如果疏于管理,则可能造成环境损害。这类井如果产生环境损害,油气企业可能将面临相应的法律风险。为了油气企业和社会公众的利益,实现安全、环境和社会责任之间的最大和谐,从分析废弃油气井的概念及其可能造成的环境损害入手,探讨了相应的民事责任、行政责任和刑事责任的构成及免责事由,并提出了若干相关法律风险防控的建议：油气企业应当秉承高度的社会责任感,制定相应的严格的废弃程序和行业标准,加强对废弃油气井的管理和技术规范力度,尽到企业必要的注意和作为义务,方可最大限度地维护油气企业的自身利益和公众利益,将可能的法律风险降至最低。