深水无隔水管钻井液回收钻井技术

为解决深水钻井作业中遇到的复杂问题，挪威AGR 公司进行了无隔水管钻井液返回钻井技术（RMR）研究。RMR技术在钻井中不采用常规海洋隔水管，而是用海底吸入模块将从井眼环空中返回的岩屑和钻井液分流出来，在海底泵的作用下 通过一条小直径回流管线由海底返回至钻井平台，从而实现无隔水管钻井液循环。分析了RMR 技术原理，介绍了海底吸入模 块、海底举升泵模块、钻井液返回管线、控制系统等关键装备，概述了RMR 技术在国外应用现状。对RMR 技术今后发展提出展望，对国内应用推广该技术有一定指导意义。     

深水钻井隔水管连接作业窗口分析

采用通用组合确定准则和非线性搜索方法研究深水钻井隔水管连接作业窗口,建立隔水管-井口-导管整体有限元分析模型,并以钻井平台偏移值、表面海流流速和伸缩节冲程组合参数形式确定隔水管连接作业窗口。研究表明,隔水管钻井窗口总体上呈倒锥形:表面海流流速较小时(小于1.0 m/s),钻井窗口主要受底部挠性接头转角的影响,顺流方向海流流速增加会增大底部挠性接头转角,减小允许的平台最大偏移值,逆流方向相反;当表面海流流速超过1.0 m/s时,钻井窗口主要受顶部挠性接头转角的影响,此时在逆流方向海流流速增加会显著增大顶部挠性接头转角,导致钻井窗口迅速缩小。隔水管连接非钻井和启动脱离程序窗口主要受导管最大等效应力限制,随海流流速增大向逆流方向偏移。另外,通过对隔水管连接作业窗口影响因素进行分析,可知适当提高顶张力和降低钻井液密度可有效扩展隔水管的钻井窗口。图7表3参13     

基于有限元法的深水钻井隔水管压溃评估

压溃是深水钻井隔水管主要的失效模式之一,现有的理论算法无法考虑缺陷对隔水管压溃的影响。因此,考虑磨损和腐蚀对隔水管压溃性能的影响,建立了深水钻井隔水管非线性压溃有限元评估方法,并与深水钻井隔水管压溃理论评估方法进行了对比。结果表明:有限元压溃分析方法与API RP 2RD、DNV OS F101推荐算法的分析结果基本一致,验证了隔水管压溃有限元分析方法的准确性;压溃过程的初始阶段隔水管发生弹性变形,当内外压差达到临界压力时,隔水管开始发生塑性变形,弹性阶段向塑性阶段的突变点即为隔水管压溃临界点;完好隔水管压溃后截面呈扁平状,缺损隔水管压溃后截面呈锥形;随着隔水管缺陷尺寸增大,隔水管临界压溃压力逐渐降低。      

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.     

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.     

深水无隔水管钻井液回收钻井水力学计算

为解决深水钻井中遇到的一系列难题,国外研发出无隔水管钻井液回收钻井技术(RMR),该技术去除了隔水管,利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。由于RMR技术是最新发展的技术,目前尚无合适的水力学计算理论和方法。根据无隔水管钻井液回收钻井系统的工作条件及特点,推导出无隔水管钻井液回收钻井系统的水力学计算公式,编制水力学计算软件,进行了算例分析,并与文献中数据进行了对比,验证了计算公式和程序的正确性。     

深水钻井隔水管顶张力计算方法

通过隔水管受力分析,提出了既能保证隔水管稳定性又能满足底部过提力要求的深水钻井隔水管顶张力计算方法,以南中国海某超深水井为例对其进行验证,并与两种常用计算方法进行了对比。基于管柱力学原理,分析了真实轴向力与有效轴向力对隔水管力学行为的影响,结果表明:真实轴向力决定隔水管底部对隔水管总成的拉力,有效轴向力决定隔水管稳定性。通过隔水管在内、外压作用下的受力分析,建立相应的力学模型,推导出新的顶张力计算方法,弥补了美国石油协会(API)算法和法国石油学院算法的不足。现场应用实例分析结果表明:采用该方法计算的顶张力设置值与现场实际作业时顶张力值基本一致,且计算结果优于API算法及法国石油学院算法的计算结果,可以用于指导隔水管设计及施工。图5表1参11     

深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法

隔水管悬挂窗口为允许隔水管进行悬挂作业的环境载荷极值条件,钻前形成悬挂窗口对于指导隔水管现场作业至关重要。提出隔水管软、硬悬挂模式作业窗口分析方法,建立隔水管轴向动力分析有限元模型,基于隔水管悬挂作业限制准则,进行不同海况条件下的隔水管悬挂窗口研究。波高周期作业窗口分析表明,隔水管硬悬挂窗口受平台升沉运动与波浪周期共同影响,波浪周期在10~16 s、20~24 s 之间的作业窗口较窄,硬悬挂自存时推荐平台艏向取45°浪向角;隔水管软悬挂窗口主要受伸缩节冲程限制,不同浪向角下的作业窗口基本相同。波浪海流作业窗口分析表明,海流流速越大隔水管悬挂允许的最大波高越小。对比两种悬挂模式下的作业窗口,软悬挂模式较大地扩展了隔水管的悬挂作业窗口。     

深水钻井隔水管单根寿命管理方法

深水钻井隔水管面临多种失效模式,对隔水管单根寿命进行管理有助于提高隔水管服役的可靠性。基于深水钻井隔水管系统完整性管理流程,提出了隔水管单根寿命管理方案:根据隔水管事故统计结果识别深水钻井隔水管的主要失效模式;建立隔水管单根失效风险矩阵,详细阐述深水钻井隔水管单根失效概率分析和失效后果分析的过程及方法;最后确定隔水管单根的检测要求、检测方法与维修方法。      

西非S深水区块裂缝性碳酸盐岩地层控压钻井技术

西非S区块上部泥岩地层钻井压力窗口窄,下部裂缝性碳酸盐岩地层漏失严重、含硫化氢、地质不确定性高,控压钻井技术是应对这些问题比较成熟的技术,但单项控压钻井技术无法同时解决上述问题。根据环空压力动态控制钻井技术可解决泥岩井壁稳定性问题以及加压泥浆帽钻井技术可解决钻井液严重漏失情况下含硫化氢地层井控问题,提出了一种将两项独立控压钻井技术进行组合应用的新技术。从控压装备共用、技术方案转换、施工关键点决策3个方面进行了研究。实例应用表明,该控压钻井组合技术可有效解决同一井内井壁稳定、漏失、井控等多项复杂问题,相比单项控压钻井技术应用效果更好。该研究对该区块及类似地层后续勘探开发作业具有指导意义。     

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.     

深水钻井隔水管漂浮减重技术

为了降低深水钻井作业成本的压力,钻井平台有向着小型化发展的趋势,为适应这种趋势,有必要对钻井隔水管自身重力进行控制。分析了隔水管的主要结构组成部分,提出了隔水管结构重力减小的几种技术,包括采用新型轻质材料的隔水管、超静定集成结构隔水管和变刚度结构隔水管,通过减小隔水管的自身重力,可以增加隔水管的极限作业水深,改善隔水管的动态性能,使其固有频率避开共振区,从而延长其疲劳寿命。     

深水钻井隔水管纵横弯曲变形解析

为了准确获得深水钻井隔水管的静力学响应,给出了任意连续横向载荷作用下隔水管静力学位移响应的解析解。首先将隔水管纵向离散成若干梁单元,建立单元任意连续横向载荷作用下隔水管静态控制方程;然后通过对控制方程进行降阶变换求得其特解,并由节点的连续条件及边界条件提出了此方程隔水管位移响应的解析解表达式;最后以矩形流作用下隔水管位移响应问题为例,定量计算了隔水管的最大横向变形及其位置,结果达到要求。     

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.     

深水钻井隔水管事故类型及对策分析

深水钻井隔水管可能发生的事故主要包括隔水管意外脱离、隔水管断裂、辅助管线泄漏、隔水管挤毁、附属设备失效和隔水管磨损等,如果控制不当可能造成人员伤亡、生产停产、平台倾覆等严重后果。为此,对事故类型及成因进行分析,研究事故决策方案和应急处理技术;结合不同的失效类型,研究隔水管失效机理并提出有针对性的预防措施。这可为我国隔水管系统与部件优化设计、制造加工工艺的改进以及压力密封可靠性分析提供参考,还能保证国产隔水管产品现场应用的安全性,进而提高我国深水钻井隔水管作业管理能力和事故处理能力。     

控压钻井技术在页岩气钻探中的应用前景

随着国内页岩气勘探开发进程的不断加大,页岩气钻井过程中遇到的复杂事故也愈发凸显。针对我国南方易漏、岩性构成复杂的页岩地层,为了快速、安全有效地钻穿复杂页岩层段,决定采用控压钻井技术破解页岩气层常见钻井难题。国内南方扬子地区主要发育了2套页岩地层:志留系龙马溪组和寒武系牛蹄塘组,纯页岩段较少、岩性构成复杂且破碎严重。根据页岩气钻井资料,钻井过程中经常钻遇灰质、粉砂质和硅质页岩,溢流和井漏经常并发出现,页岩层发育较厚的目的层段钻井钻井液密度窗口较小,井壁极不稳定。结合页岩地层岩性发育特征、控压钻井技术特点、室内实验分析、现行的控压钻井配套设备等相关因素,可以考虑采用井底常压法控压钻井技术钻穿大段复杂页岩层段。     

深水钻井隔水管法兰接头有限元分析程序

以ABAQUS软件为求解器,开发了针对深水钻井隔水管法兰式接头的有限元分析专用程序。该程序利用ABAQUS命令流建立法兰接头的有限元模型,采用Python语言实现其建模和求解过程的参数化,再通过Visual Basic环境设计用户界面。Cameron公司某等级RF型钻井隔水管分析实例表明,其螺栓最大等效应力发生在螺栓肩部,与实际情况吻合。说明程序具有较好的实用性,可为深水钻井隔水管法兰接头的优化设计提供参考。     

国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。     

深水钻井隔水管力学性能分析

隔水管是深水钻井的关键设备,国内外对其开展了大量的理论研究以及有限元分析,但主要是针对顶张力和钻井液密度等因素的力学分析以及固有频率分析,未考虑浪流多种情况下的耦合作用。鉴于此,利用有限元软件建立隔水管系统模型,得到隔水管的弯矩分布以及这些结果随波流参数、浮式平台运动的变化特征。研究结果表明:在不同的波流以及平台运动下,隔水管的力学特征呈规律变化,波浪对隔水管飞溅区部分弯矩影响较大;海流流速较小时,海流对隔水管影响不大,海流流速增大,隔水管飞溅区响应增大,海流剖面形式对隔水管影响不大;平台运动则影响隔水管的整体动力响应。研究结果对于保障海上钻井作业安全具有一定的参考价值。     

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。