中国深水钻井隔水管监测技术研究进展

深水钻井隔水管监测是海洋油气钻探开发的重要环节,是降低失效风险、预防事故发生、确保安全服役的重要手段。围绕中国深水钻井隔水管监测技术的发展,详细介绍了深水钻井隔水管监测技术目前已取得的进展及现场应用情况,对比分析了中国自主研制的深水钻井隔水管监测系统与国外2H海洋工程公司、康斯伯格公司监测系统关键性能指标,并探讨了中国隔水管完整性监测未来的发展方向,旨在促进形成拥有自主知识产权的海洋管线监测技术持续发展,以期为中国深水油气钻探开发的安全进行提供技术保障。     

深水钻井隔水管疲劳监测方法分析

钻井隔水管是深水钻井的重要装备,在深水恶劣环境下容易发生疲劳损坏,因此对其进行疲劳监测尤为重要。通过分析深水钻井隔水管疲劳的诱因,对疲劳监测进行了分类,确定了监测装置的安装位置和数量,制订了深水钻井隔水管疲劳监测的3个方法 (单机监测、有线实时监测及声学实时监测)。对比分析了疲劳监测方法在国内外钻井隔水管上的应用情况,分析结果表明:对结构和环境进行监测可以确定钻井隔水管的疲劳状态,通过运动监测可以间接获得隔水管的疲劳状态;深水钻井隔水管疲劳监测的3个方法中,声学实时监测方法具有很大优势,有望成为以后的研究重点;国产化隔水管监测装置应继续改进和创新。研究结果可为我国深海油气的安全开发提供技术支撑。     

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。     

超深水钻井系统隔水管波致疲劳研究

钻井隔水管是深水油气田开发的关键装备,钻井系统浮体运动与波浪载荷可能导致隔水管的疲劳失效。在超深水环境下,浮体与细长结构之间的交互作用十分显著,而基于常规解耦方法预测得到的隔水管波致疲劳状况是不准确的,因此,建立了超深水环境下的系泊钻井系统有限元模型。基于耦合系统分析方法,对隔水管疲劳特性进行的研究表明,由低频浮体运动导致的低频疲劳是引起隔水管疲劳失效的重要因素,同时受浮体与细长结构之间耦合效应的影响也比较显著。因此,精确预测浮体运动是分析隔水管波致疲劳的关键,推荐采用耦合系统分析方法。     

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...     

无隔水管海洋钻井技术

无隔水管钻井液回收技术是一种顶部井眼钻探系统, 使用海底泵系统将井眼环空返回钻井液和岩屑通过泥浆返回管线泵送回海面钻井船。该技术很好地解决了深水钻井技术难题, 安全钻探深水顶部井眼, 在国外获得了广泛的商业应用。目前, 已经从最初的浅水发展到深水、 超深水回收技术。同时,Ａ Ｇ Ｒ公司的控制钻井液压力钻井技术基于无隔水管钻井液回收技术, 可与常规隔水管和海底防喷器组联合使用, 钻探表层井眼外的其余井眼段, 具有双梯度钻井和控压钻井优点。实践表明该技术能够以更低成本、 更快、 更安全的作业方式以及更低的环境影响程度钻探深水井。因此, 在我国深水油气开采中有着极大的应用潜力和优势。     

基于不同有限元计算软件的深水隔水管的模态分析及验证

在深海石油钻采作业工程实践过程中,深水隔水管的疲劳破坏是其失效的主要原因之一。在深水钻井隔水管系统设计过程中考虑隔水管共振的因素将有效避免疲劳失效后果的发生。结合实际海况,通过有限元方法针对深水隔水管进行模态分析,得出了作用在隔水管上的各载荷对隔水管固有频率和振型的影响,表明了湿模态在深水隔水管振动分析中的必要性和重要性;并通过不同有限元分析软件ANSYS和ABAQUS进行了计算结果的交叉验证;最后基于计算分析结果给出了降低隔水管疲劳破坏的建议。     

防台风钻井隔水管技术现状及适用性分析

随着我国南海深水油气的开发,频发的南海台风导致深水钻井隔水管出现严重事故,造成较大损失,需要开发一种有效的防台风钻井隔水管以提高海上钻井安全。为此,阐述了防台风钻井隔水管系统的发展历程及应用情况,详细介绍近海面脱离总成和浮力罐系统2个关键技术,从防台风钻井隔水管安装过程、紧急脱离过程和回接过程3个方面介绍防台风钻井隔水管作业技术。以我国南海某井为例进行了防台风钻井隔水管适用性分析。分析结果表明,与常规钻井隔水管相比,防台风钻井隔水管的连接钻井作业窗口稍微偏小,基本不影响正常钻井性能;在南海台风条件下防台风钻井隔水管可以保持结构完整性,具有良好的防台风性能,同时大大缩短了作业时间,降低了作业费用。     

深水钻井溢流早期监测技术研究现状

深水油气井溢流及井喷的预防和控制是深水钻井过程中的重要工作,墨西哥湾“深水地平线”井喷溢油事故发生后,井喷的预防和控制成为海洋油气开发亟待解决的重大难题。应对深水钻井溢流及井喷问题,切实有效的技术措施是在早期监测和识别溢流的基础上及时采取应对措施。为此,通过分析深水钻井井控面临的主要困难,从平台监测、海水段监测和井下随钻监测3个层面,综述了国内外井下溢流早期监测技术研究现状,重点分析了井下随钻监测的发展现状,指出深水钻井井下溢流监测技术将朝着有利于更加及时准确发现和识别井下溢流的技术领域发展。最后,根据深水钻井和溢流监测技术的特点,优选出适合深水钻井环境的井下溢流早期监测方法,包括井口流量法、泥浆池液面法、钻井参数法、隔水管超声波法、PWD/LWD监测法、随钻超声波井下流量测量法6种方法;建立了溢流早期综合监测和识别技术,该技术不仅可以用于深水钻井井下溢流监测,还可用于压井和井筒压力精确控制过程的综合监控,为深水钻井提供技术保障。     

深水钻井隔水管涡激监测传感器位置优化方法研究

研究了基于响应模态分析的深水钻井隔水管涡激监测传感器位置(即监测位置)优化方法.首先筛选出造成隔水管涡激疲劳的主要激励模态;对每阶主要激励模态,考虑隔水管倾斜的影响,根据响应加速度幅值最大原则找出可能的监测位置;在此基础上确定最佳监测位置,该位置处的其他主要模态响应加速度幅值最小.通过计算实例讨论了顶张力对传感器位置的影响,顶张力变化时,每阶模态的监测位置将相应变动.     

深水钻井隔水管疲劳试验载荷分析

针对海洋深水钻井隔水管在疲劳试验过程中的加载问题,提出了一种疲劳试验载荷的计算方法.用该方法计算了试样在各种应力幅下进行疲劳试验时的内压数据(轴向载荷),及在偏心块不变状态下加载电机的转速与试样焊缝处交变弯曲应力幅的对应关系(横向载荷).通过与国外权威机构所进行的深水钻井隔水管疲劳试验数据对比.验证了该计算方法的正确性.此方法可作为深水钻井隔水管疲劳试验外载荷的计算依据.     

中国深水录井工程实践与发展方向探讨

随着油气勘探向深水区迈进,深水录井担负着油气发现和工程监测两大任务。深水井的水深温度差异,隔水管和增压泵的使用特性等决定了深水录井的主要影响因素,为及时准确发现油气并全方位进行工程监测以保障钻井安全,在南海的自营深水钻探中,采用智能综合录井系统geoNEXT、FLAIR流体录井、Prevue实时压力录井、多种含油检测和岩样鉴定技术等组合,取得了良好的录井效果。基于多口井的自营深水录井实践,阐述了中国深水录井应形成具有深水特色的录井解释标准,同时应突破地面发展深水随钻录井技术,搭建井场与远程一体化平台等发展方向。     

深水钻井隔水管涡激振动特性的数值模拟研究

深水钻井隔水管作为深水油气开发的关键部件必然面临涡激振动及其疲劳损坏这一重大安全问题,正受到广泛关注。基于精细流场模拟并耦合结构动力响应的流固耦合方法是准确分析隔水管涡激振动特性的必然趋势。文中总结了"十一五"期间和正在进行的"十二五"课题在数值模拟方面的部分研究成果,针对简化的和实际尺寸的隔水管所涉及的涡激振动问题,提出高精度流固耦合分析技术,建立了隔水管涡激振动分析可靠的物理模型、数学模型和数值模拟方法。通过对比实验验证了模型的可靠性。基于简化和实际情况下(海况、结构、尺寸等)钻井隔水管涡激振动进行了大量的数值模拟研究,给出了高雷诺数下具有实际海况的几种典型洋流条件,如剪切流、亚临界和临界流条件下实际尺寸隔水管的涡激振动特性,以及顶部张力控制隔水管涡激振动的效果。     

深水钻井隔水管的应用及发展趋势

由于世界各国对石油需求的不断增加,陆地油田和浅海油田的石油产量已经不能满足人们的需求,因此人们开始对深水和超深水油田进行勘探和开发.钻井隔水管是海上石油勘探开发的重要工具,传统的浅海钻井用隔水管主要是由套管通过法兰连接而成,而在深水和超深水地区,由于洋流、水深和天然气水合物等因素,使得传统的浅海钻井隔水管不能满足深水钻井的要求.因此,国外开发出了几种新型的深水钻井隔水管,并且在一些油田已经得到了应用.主要介绍了这些隔水管的特点以及隔水管技术发展趋势.     

深水钻井隔水管系统关键技术研究与发展建议

针对深水钻井隔水管系统特点,分析了隔水管接头设计、隔水管材料、隔水管焊接、挠性接头挠性元件制造、隔水管试验和隔水管系统管理等关键技术,重点阐述了国内在隔水管关键技术研究方面取得的进展和突破,包括具有自主知识产权的隔水管接头快速连接技术、深水隔水管法兰接头用材料X80J、隔水管用X80级埋弧焊直缝钢管、高承载耐疲劳挠性元件制造、大直径厚壁管体全熔透焊接、隔水管载荷装置开发、隔水管系统管理等,对相应关键技术进行总结,并从加快隔水管系统自主配套出发,提出了若干建议。     

超深水钻井隔水管设计影响因素

超深水钻井隔水管设计的影响因素主要为环境因素与作业因素,前者主要包括水深、波浪、海流,后者主要包括钻井液密度,脱离后隔水管系统悬挂模式、浮力块分布、涡激抑制设备等.系统总结了超深水钻井隔水管设计影响因素.研究了各因素影响隔水管设计的机理.定性或定量分析了各因素对隔水管设计的影响.研究表明,水深和海流是隔水管设计最显著的影响因素,水深增加导致隔水管材料、结构,配置产生重大变化,海流导致隔水管产生涡激疲劳,并增加隔水管下放与收回的难度.悬挂模式影响隔水管系统的浮力系数和浮力块分布,涡激抑制设备造成隔水管作业困难,钻井液密度影响隔水管的有效张力和底部球铰转角进而影响隔水管系统的稳定性.相关结论可为超深水钻井隔水管设计、配置、作业、管理提供参考.     

充液钻井隔水管的非线性动力特性分析

近年来,海洋油气勘探开发已从浅海走向深海,甚至超深海。随着水深的增加,隔水管受力状态更加复杂,对隔水管的强度和稳定性的要求也更高。研究影响隔水管固有频率变化的各种因素,并数值计算了张力比、管长、浮力块对隔水管固有频率的影响,通过分析提出避免发生锁频共振途径,所得的结果可对深水钻井隔水管的正确设计和使用提供参考。     

深水钻井隔水管多模式损伤评估

深水钻井隔水管系统面临多种失效可能,不同类型的损伤出现位置也不同。考虑了涡致疲劳、腐蚀和磨损3种损伤类型,并根据深水隔水管配置和实际环境条件,针对损伤最易发生的区域进行作业寿命预测,从整体上评估了隔水管的损伤等级。评估结果表明,随着作业水深的加大,隔水管磨损问题日益凸现,应成为重要的预防和管理对象。     

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。     

海洋深水钻井隔水管材料性能标准研究

随着国内海洋深水油气田的开发,高钢级高强度钻井隔水管需求量逐渐增大。目前在深水领域所使用的这类管材基本上全部依赖进口,急需进行国产化研究。通过大量调研与隔水管相关的国内外标准后,发现在现有的国内外标准中,没有明确针对钻井隔水管材料性能的标准。为研究制定深水钻井隔水管材料性能标准,重点以508mm以上规格的X80钢级隔水管为研究对象,分析现有国内外相关标准,并结合材料试验,制定了X80钢级隔水管材料性能指标。钻井隔水管材料性能标准的制定,统一了隔水管材料的性能指标,弥补了各类标准不统一的不足,同时对推动我国海洋深水钻井隔水管国产化进程提供了技术支撑。