深水钻井导管力学特性参数敏感性分析

深水钻井导管受力复杂,影响因素较多,主要包括平台偏移、海流流速、土壤强度、固井质量和低压井口出泥高度等,确定各影响因素的优先等级是深水钻井导管钻前设计和现场作业急需解决的问题。建立了深水钻井导管力学分析模型,分析了导管的力学特性,采用正交试验方法安排仿真试验方案,对仿真试验结果进行极差分析和方差分析,从而确定各影响因素对深水钻井导管力学特性的影响大小和显著性。研究结果表明,导管最大应力值出现在泥线以下8 m左右,影响导管最大Mises应力的因素依次为平台偏移、导管外径、导管壁厚、海流、低压井口出泥高度和固井质量等,其中平台偏移、导管几何参数和海流对最大Mises应力的影响高度显著,出泥高度和固井质量对导管最大Mises应力影响相对较小。通过分析发现,平台偏移和海流流速增大是造成导管载荷增加的根本原因,增大导管外径和壁厚可以有效减小导管应力。     

考虑温度影响的水下井口疲劳损伤计算方法

水下井口系统与隔水管系统共同构成连接平台与地下油藏的通道。钻井、完井、修井作业过程中泥浆循环导致井筒温度发生变化，并且平台运动、波浪等产生的循环动载荷通过隔水管作用于水下井口，造成水下井口疲劳损伤。首先建立深水井筒温度场计算模型，将温度场计算得到的井筒温度分布施加于水下井口精细有限元模型，采用局部等效方法得到水下井口的等效梁模型，把等效梁模型作为子模型代入隔水管-井口耦合模型中进行水下井口动态响应和疲劳损伤计算，研究泥浆循环作业过程中井筒温度对水下井口疲劳热点处疲劳损伤的影响，并研究不同水泥环返高对水下井口疲劳损伤的影响。结果表明，对于水泥环返高无缺陷的水下井口，50 h内不考虑温度影响时最大疲劳损伤发生在导管接头处，其值为1.00×10^-2；考虑温度影响时最大疲劳损伤发生在套管接头处，其值为3.59×10^-2。当水泥环返高缺陷分别为-2 m和-5 m时，与水泥环返高无缺陷相比，套管（接头和焊缝）的疲劳损伤减小，而导管（接头和焊缝）的疲劳损伤增加，最大损伤均发生在套管接头处，其值分别为3.55×10^-2和3.48×10^-2。