深水测试管柱-隔水管耦合涡激疲劳分析

在深水钻完井测试作业过程中,由于海流作用隔水管易发生涡激振动引起疲劳损伤,由隔水管涡激振动引起测试管柱疲劳损伤问题不容忽略。针对深水高压气井测试作业特点,考虑测试管柱和隔水管之间相互作用,建立测试管柱-隔水管耦合涡激振动模型,提出测试管柱-隔水管涡激疲劳分析方法。结合南海某深水高压气井,研究测试管柱-隔水管耦合系统涡激振动机理、疲劳损伤规律及影响因素。研究结果表明:测试管柱-隔水管耦合系统高流速下更易于发生多模态涡激振动,疲劳损伤沿水深方向呈现波动变化,顶部和下挠性接头附近疲劳损伤最为严重,其中测试管柱疲劳损伤约为0.2~0.25倍隔水管疲劳损伤,适当增大隔水管顶张力和测试管柱提升力可有效改善测试管柱-隔水管耦合系统涡激疲劳性能。     

深水含水合物地层钻井井口稳定性研究

深水钻井过程中,重达数百吨的水下井口在固井之前主要依靠周围海底土提供承载力,如果钻遇天然气水合物层,随着水合物的不断分解,地层的稳定性和承载力大幅下降,可能导致水下井口和表层导管失稳下沉,造成井眼报废等重大安全风险。分析了钻遇不同埋深和分布位置的水合物层对井口稳定性的影响,并开展了物理模拟试验,分析了不同饱和度和静置等候时间对承载力的影响规律。结果表明：水合物的埋深较浅,喷射下入过程中穿过水合物层后,地层的承载力最低,水下井口失稳的风险最高。水合物分解后地层极限承载力下降幅度最大可达35%。喷射后的静置等候时间对于水合物分解后的地层承载力的恢复影响很大,地层承载力在初期的1～12 h内增长明显,随后逐渐放缓,近似呈对数形式上升,建立了静置等候时间同承载力折减系数拟合模型;基于研究结果南海含水合物地层某井进行了表层导管下入深度设计和井口优选,在含水合物层钻井过程中可以适当增加表层导管入泥深度,增加静置等候时间,或使用吸力桩井口提高承载力,防止井口下沉,为深水含水合物地层钻井设计及井口安全评估提供了理论基础。     

深水测试管柱力学行为研究进展及发展方向

深水测试管柱的力学行为对深水测试的成功有着重要的影响。以陆地管柱力学研究为基础,对深水测试管柱的结构、工况、载荷以及研究现状进行了分析阐述。分析认为,国外深水测试技术成熟,深水测试管柱力学行为研究完善;而国内则主要依靠国外技术服务公司进行深水油气田的测试工作。同时,针对中国深水测试的应用现状,对深水测试管柱的力学行为研究进行了系统分析,指出应该建立考虑平台升沉和漂移、隔水管影响、产层高压流体、射孔冲击载荷、温度耦合作用等因素的深水测试管柱动力学模型,分析整个管柱的力学行为,实现对深水测试管柱的优化设计,提高深水测试管柱施工作业的安全可靠性。     

海上油气井油层套管井口装定载荷设计

综合考虑钻完井和投产采气过程未固井段套管强度和稳定性问题,提出一种海上油气井油层套管井口装定载荷设计方法,建立多层管柱耦合系统计算力学模型,确定钻完井过程套管轴向载荷计算方法,综合考虑温度场、压力场和压力端部效应给出投产采气后套管轴向载荷计算公式,并以中国南海某气田为例进行油层套管井口装定载荷设计。结果表明:套管强度不是限制海上油气井油层套管井口装定载荷设计的因素,投产采气过程底部油层套管的稳定性是油层套管井口装定载荷设计的重要因素;当设计极值产气量小于特定值时,油层套管井口装定载荷为油层套管未固井段重力,当设计极值产气量大于特定值时,随着设计极值产气量的增大,油层套管井口装定载荷增大,但增大的幅值逐渐减小。     

南海北部陆坡浅水流评估及深水钻井防治措施

深水钻井中浅水流喷发会对钻井安全产生很大影响。基于浅水流形成条件和南海北部陆坡古地质环境,分析目标海域浅水流的潜在风险。根据水流喷出速率,量化浅水流危害等级,并建立能够模拟浅水流上喷或喷出的数值模拟模型,分析典型工况下浅水流层压力、规模、孔渗条件及钻速对其喷出过程的影响。结果表明:南海北部陆坡存在浅水流形成的古地质条件,但浅水流规模较小,压力系数较低,钻进中发生严重浅水流危害的概率较低;浅水流喷发具有"压力-水瞬间高速释放"的特征;采用低密度海水钻井液钻进,钻遇压力系数为1.15的浅水流层,钻井液停止循环后水流喷出速率和喷出量可达70 m~3/h和60 m~3;浅水流喷发主要受其压力和规模控制。针对目标海域浅水流特征及控制因素,提出了控制浅水流危害的措施。     

钻柱振动与冲击抑制技术研究现状

对钻柱振动和冲击的控制是井眼轨道优化设计、钻井参数优选、提高钻速及实现智能钻井的重要基础。在深水、超深水,深井、超深井,页岩气硬脆性地层及气体钻井作业中,要用到丛式井、定向井等特殊钻井工艺,这些复杂井建井过程中由钻柱振动和冲击造成的损失日益增加。系统阐述和对比了钻柱振动和冲击的表现形式及评价方法。将钻柱振动和冲击分为被动控制、主动控制和半主动控制3方面,归纳和分类探讨了近年来核心控制方法及关键控制设备的结构、原理,给出代表性的成果,对比分析了相应方法特点、设备及适应范围,设计了钻柱振动和冲击控制程序,探讨了未来重点研究的方向。     

基于多类孔作业的凿岩台车钻臂静强度分析

从结构强度的角度出发,探讨凿岩台车钻臂用于径向锚杆孔作业的可行性。利用ANSYS Workbench软件建立凿岩台车钻臂结构有限元模型,讨论涉及非线性接触时有限元模型系统参数的合理设置。通过对比钻臂纵向炮孔和径向锚杆孔作业工况的强度计算结果,得出径向孔作业时钻臂可能存在设计强度不足的结论,并提出在推进梁上加装支撑液压缸的改进方案。该方案在保证钻臂足够强度余量的同时,对保持钎杆稳定,减小径向孔作业时的孔径误差,提高钎杆和钻臂疲劳寿命均有一定贡献。     

深水表层固井低密度水泥浆体系在LW井的应用

LW是中海油服南海八号深水钻井平台承钻的一口水深达561m的深水井。针对LW井深水井表层固井面临低温、表层压力窗口窄、容易漏失等技术难题,采用了中海油服油田化学事业部自主研发的深水表层固井低密度高强度水泥浆体系,该水泥浆体系具有密度低,首浆密度达到1.35g/cm3,良好的低温早强效果、失水量小、稠化时间易于调整,水泥浆体系稳定等优点。LW的现场应用证明,该深水表层低密度水泥浆体系满足了深水表层固井现场施工的要求,能很好解决海洋深水、超深水表层压力窗口窄、容易漏失等难题,可在未来深水、超深水井固井作业中推广应用,标志着中海油服深水固井顺利突破500m作业水深。     

基于神经网络的卡钻预测

针对钻井过程的复杂性、不确定性等特点,提出应用神经网络技术预测卡钻事故,建立事故预测模型。选取对卡钻事故的发生有较大影响的变量作为神经网络的输入项,分析钻井现场实时监测的卡钻数据和正常运行的数据,应用钻井现场数据对神经网络进行训练以此建立卡钻事故预测模型,最终通过钻井现场数据证实该网络具有对卡钻事故做出准确预测的能力以及良好的泛化能力。     

非均质储层三维水平井轨道设计研究与应用

为解决常规定向装备三维水平井施工难题,降低成本,对三维水平井道设计与应用进行了研究。通过分析三维轨道设计模型,对比其优势与不足,优选恒工具面角模型,针对"直—增—扭—稳—增—平"六段制典型轨道,从其基本公式和A靶点约束方程出发,建立了初始方位角模型,根据初始方位角得到造斜率和工具面角,进而计算出其他全部轨道参数,从而完成三维水平井轨道设计。在JH17P36井中应用该方法,采用常规装备施工,矢量中靶,实钻轨迹与设计符合率高,各技术指标优秀。钻井实例表明,计算模型和设计方法是正确、合理和可行的,同时也验证了恒工具面角模型的优越性。