深水钻井隔水管关键技术研究进展

深水钻井隔水管系统是海洋油气勘探开发的关键设备,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的安全与高效。总结了近年来深水钻井隔水管的几项关键技术研究进展,主要包括深水海底井口-隔水管-平台耦合动力学分析方法,深水钻井隔水管避台撤离分析技术、悬挂隔水管井间移位分析技术及平台漂移下隔水管脱离预警界限分析技术等3项特殊作业技术,以及隔水管电磁检测技术、隔水管监测技术及深水钻井隔水管完整性管理系统。深水钻井隔水管关键技术已在中国南海、西非等11口深水井的钻井隔水管设计中得到了良好应用,解决了现场技术难题,可为我国深水钻井隔水管的设计和作业提供更全面的技术支撑。     

南海超深水井钻井隔水管悬挂模式的环境适应性分析

每年7月至11月为南海海域台风高发期,频繁的台风严重影响了深水钻井作业效率和安全。对于超深水(水深大于1 500 m)钻井,在台风到达井位之前完成井口处理和隔水管回收,时间是一个严峻的挑战,因此一旦遭遇台风,撤离钻井平台须考虑悬挂隔水管的备用方案。以南海某超深水井(水深2 460 m)为例,分析了钻井隔水管硬悬挂和软悬挂模式下影响隔水管安全的主要因素,探讨了各个因素对波浪和海流的适应能力与敏感性。研究结果表明,多数条件下软悬挂隔水管模式对波浪和海流的适应能力更强,硬悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于应力和挠性接头转角,软悬挂模式下隔水管系统的安全性主要受限于挠性接头转角和伸缩节冲程。上述认识可对深水钻井隔水管系统安装和应急悬挂条件下的作业安全提供参考。     

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。     

新型深水钻井隔水管技术进展及在我国南海应用的建议

新型深水钻井隔水管技术既可降低对钻井船的要求,也可显著减少深水钻井的作业时间,甚至无需改造和升级即可显著提高钻井船的深水能力.对近10年来国外研究与应用的新型深水钻井隔水管技术进行了概括,主要包括双梯度钻井隔水管技术,夹式隔水管与超静定集成系统,自由站立隔水管技术,高压表面防喷器钻井隔水管技术,细型钻井隔水管系统,非旋转钻杆保护器技术,非钢质钻井隔水管技术等,对部分新技术给出了适用性评价,并对深水钻井隔水管技术在我国南海的应用提出了建议.     

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。     

基于加速度监测数据的钻井隔水管疲劳损伤评估

在隔水管钻井作业中,利用有限个加速度传感器监测数据预测钻井隔水管疲劳寿命是钻井隔水管系统面临的一项技术挑战.介绍了一种基于传递函数法,监测位置A处加速度数据,评估目标位置B处钻井隔水管疲劳损伤及疲劳寿命的分析方法.利用南海某深水气井钻井隔水管336 h加速度的监测数据,进行隔水管的疲劳损伤评估,得到了疲劳寿命.提出的基...     

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。     

台风环境下深水钻井平台失控漂移后果分析及安全屏障研究

我国南海台风频度高、强度大,深水钻井平台存在失控漂移的风险。结合系统动力学方法,从系统角度整体分析平台-隔水管耦合模型在台风下的失控漂移过程,以漂移轨迹为顶部边界条件研究隔水管在不同状态下的力学响应,并利用因果回路图方法探讨防止平台漂移事故升级的各级安全屏障。研究结果表明:深水平台失控漂移轨迹随环境载荷方向变化明显,其中沿x方向漂移量呈现0°≈180°45°≈135°90°的特征,沿y方向漂移量规律相反且整体偏小;底部连接状态下隔水管等效应力大于断开状态,两种状态下隔水管分别在14 s和100 s左右超出应力限制;各级安全屏障存在显著交互关系,影响三级安全屏障性能的主要因素包括人员操作准确性、人员应急响应能力和紧急关断系统可靠性。本文研究结果可为台风下深水钻井安全作业提供理论依据和工程指导。     

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。     

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。      

南海深水钻完井技术挑战及对策

南海深水区海洋环境恶劣,台风和孤立内波频发,深水钻完井工程设计和作业难度大、风险高。为提高我国深水油气勘探开发技术水平,实现海上钻完井技术研发、工程设计和作业能力由浅水向深水和超深水的跨越式发展,经过十余年技术攻关和作业实践,形成了具有自主知识产权的深水钻完井关键技术体系,首次建立了深水钻完井作业指南、技术标准和规范体系,克服了南海特殊环境条件下的技术挑战和作业难题,满足了深水油气钻完井安全、高效的作业要求,并钻成了最大作业水深近2 500 m的第1批自营深水井,开启了我国油气勘探开发挺进深水的新征程。     

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。     

南海西部深水钻井实践

南海西部海域W区块的深水钻井作业中,低温高压和狭窄的安全密度窗口给钻井工程带来了较大的困难,容易引起井漏、溢流、环空带压、生成水合物等问题,且附近海域经常出现由内波流引起的突发性强流。针对这些问题,结合W区块的钻井地质特征,开展了深水井井身结构优化技术、随钻扩眼技术、深水井钻井液防水合物及防漏堵漏技术、环空压力预测与管理技术、内波流应对技术等方面的研究,解决了深水钻井容易发生的井漏与溢流并存、水合物堵塞管线、环空压力高和内波流损坏水下设备等问题,并成功发现了大型深水气田。     

集合预报在深水钻井平台避台气象保障中的可行性探讨

热带气旋在夏、秋两季对我国南海海域钻井平台的袭扰,往往影响了海上油气勘探开发的正常进度,因此准确有效的避台气象预报显得十分必要.本文以南海某深水钻井平台针对热带风暴“海葵”的数值预报为例,对比分析集合预报与确定性预报在不同避台阶段的预报路径和强度,并在此基础上探讨热带气旋长期和中长期集合预报在深水钻井平台避台预报中的可...     

南海深水钻井完井主要挑战与对策

近年来,我国深水油气资源的勘探开发不断取得突破,"海洋石油981"半潜式钻井平台的建成更是将我国深水钻井装备提升到了世界先进水平行列,但是,与国外先进水平相比,我国深水钻井完井还存在缺乏作业经验、工艺及技术水平较低、基础理论研究薄弱等问题。在介绍我国南海深水钻井完井技术研究现状的基础上,分析了南海深水钻井完井面临的技术难点,针对我国南海特殊海洋环境、特殊地质条件及离岸距离远给钻井完井带来的特殊挑战,以安全高效钻井完井为聚焦点,给出了需要进一步攻关的一系列关键技术,并提出了发展建议,以期为我国深水钻井完井技术及理论的发展提供借鉴,最终实现我国南海深水油气资源的高效安全开发。      

南海M深水气田完井关键技术分析

我国在深水钻完井方面处于起步阶段,中国海油围绕国家深水开发战略,积极参与南海油气风险勘探开发,在南中国海珠江口盆地M区块M深水气田完成水深1 350~1 500 m的深水气井9口,初步形成了高精度出砂预测、深水防砂设计、压裂充填工艺及流动安全保障措施等完井关键技术。结合南海M深水气田完井作业实践,对深水完井作业中的可能风险点和现场应对技术措施进行总结和梳理,为后续项目设计和作业提供参考、借鉴。     

南海西部深水区自营油气田勘探开发现状及展望

深水区勘探钻完井作业面临着海水深温度低、安全钻井液密度窗口窄、井控风险高、海底地质灾害、台风等诸多挑战。中海油作为深水区勘探作业者,首次组织深水区勘探作业,成功发现了陵水17-2大型深水气田,推动了深水区油气勘探开发事业的进一步发展,为实现中海油"二次跨越"迈出了重要的一步。为此简要地回顾了南海西部深水区自营勘探及钻完井项目管理经验和作业实践,并对我国南海深水区油气勘探开发技术发展愿景提出展望,以期为深水区油气开发事业的发展提供借鉴。