深水钻井导管下深区间确定及风险评价方法

深水钻井导管的下入深度直接关系到海底井口的力学稳定性及后续钻井作业的安全。通过分析,确定导管存在最小下深和极限下深,并给出极限下深计算模型。基于概率统计和地质统计学方法,将目标点邻井的承载力增长系数进行概率统计,并通过差值算法对目标点进行移植预测,得到该系数在目标点处含有概率信息的预测值,将导管最小下深由单值变为含概率信息的分布带,同时结合导管极限下深的概率化分布,对目标井的导管设计下深进行定量风险评价。实例分析表明:承载力增长系数这一区域经验变量对深水导管下深影响很大,尤其当取值较小时,导管下深随着该系数的减小呈指数增长;该方法在给定可信度条件下可计算导管绝对安全下深区间,有效避免了因承载力增长系数不确定等因素导致的导管下深风险。     

深水结构导管喷射钻井技术研究

结构导管喷射下入技术是深水表层钻井的常用方法,针对导管喷射下入技术要求和深水海床地质环境特点,对结构导管入泥深度理论计算方法和新区探井经验确定方法进行了分析,对喷射钻具组合和钻头伸出导管鞋长度进行了分析.针对深水表层喷射可能会出现的导管下沉事故的情况,分别在前期设计阶段和作业阶段进行了预防措施和现场技术处理方法研究.     

深水钻井隔水管单根基本参数确定方法

提出利用各种力学准则确定深水钻井隔水管单根基本参数的方法,包括单根主管与辅助管线参数、浮力块参数、隔水管接头参数等。结果表明:确定隔水管单根主管基本尺寸主要有环向应力准则、轴向应力准则和挤毁压力准则,根据环向应力准则得到的结果最保守;确定辅助管线参数主要依据等效应力准则;确定浮力块参数主要是合理确定浮力块的外径和密度;隔水管接头等级确定要依据规范考虑不同载荷工况进行选型设计。外径0.5334 m,内径0.48895 m的隔水管可应用于1.830 km深的水域,且隔水管系统中无须配置填充阀,辅助管线设计合理,浮力块选用3种密度可满足工作水深的需要,选配E级隔水管接头可满足使用要求。     

深水钻井隔水导管挠曲方程和固有频率的计算及其研究

从深水钻井应用的隔水导管的使用实际情况出发,应用弹塑性力学中的位移复分原理的Ritz法,考虑了隔水导管所受到的轴向张力T和隔水导管受力产生的倾角α以及由于自重q所产生的自重横向分力qsin α和轴向分力qcos α,建立了较为合理的挠曲方程,并且由此得到隔水导管的固有振动频率的简易计算求解方法。由于该挠曲方程结合了钻具的实际情况,其挠曲方程的约束条件采用的是一端铰支、一端自由的形式,因此其研究更接近实际情况,研究旨在为深水钻井隔水导管的合理使用设计和选择,提供一种更快捷实用的方法,对深水钻井作业有一定的指导意义。     

深水浅层导管喷射参数优化

目前深水表层导管下入施工大多数采用喷射法进行,钻井参数的合理选择对于深水表层导管喷射钻进起着至关重要的作用。基于室内模拟实验、现场模拟实验和现场应用试验数据分析,建立了钻压和排量参数与喷射下入速度之间的关系模型,得出了钻压和排量参数是影响导管喷射下入速度和等候时间的关键因素。研究成果已经在西非深水JDZ-2-1井进行了现场的应用,取得了很好的应用效果,能够为今后深水钻井设计和现场施工提供科学依据和技术指导。     

琼东南深水钻井井筒天然气水合物抑制剂推荐浓度确定方法

中国石化将对琼东南深水区域展开油气勘探开发工作,而深水钻井时部分井筒处于高压低温环境中,若有气体侵入,易形成天然气水合物,导致诸多复杂情况的发生。通过对根据琼东南海水温度场的分布规律,考虑不同井段、不同钻井工况、不同钻井水力参数条件,分别建立琼东南深水钻井井筒内温度场和压力场的计算方法,并对深水钻井条件下天然气水合物相态平衡条件进行研究。建立了天然气水合物相平衡压力-温度条件的确定方法。结合深水钻井井筒中的温度场、压力场以及天然气水合物的相平衡条件,联合建立了琼东南深水钻井井筒中天然气水合物生成区域的预测方法和抑制剂浓度的确定方法,并通过琼东南华光区域某一口深水井进行实例计算,得出了各开次水合物可能形成的区域。并分析了钻井工程相关参数对水合物形成区域的影响规律。最终得出了抑制剂的推荐浓度方案。     

深井和超深井钻井井身结构设计方法

根据深井钻井的特点以及钻井施工对井身结构设计的特殊要求 ,在传统井身结构设计方法的基础上 ,提出了井身结构设计的自下而上和自上而下二步设计法 ,并建立了相应的井身结构设计数学模型。自下而上设计法可用于计算每层套管的最浅下入深度 ,自上而下设计法可用于计算每层套管的最深下入深度。二者相结合使井身结构设计方法更趋合理     

深水钻井中隔水管底部转角及载荷变化规律研究

通过有限单元法建立隔水管模型,分析了三级风、八级风——两种不同风力条件下,顶部张力比和船体偏移率对隔水管稳定性的影响。计算结果表明:隔水管底部横向载荷随张力比和偏移率呈线性变化。在张力比增加的过程中,船体的偏移率越大,横向载荷的增加幅度也越大。隔水管底部转角随偏移率的增加呈线性增长,但随着张力比的提高会迅速降低,然后趋于稳定。在保证张力比的前提下,风力的增加对底部转角和载荷影响极为有限。自然条件下,提高张力比是维持隔水管稳定性的有效手段。本研究对分析深水钻井平台的海底井口稳定性有一定指导意义。     

深水钻井环空ECD计算

随着海洋油气藏的勘探和开发,钻井工艺技术面临着新的挑战,准确计算深水钻井环空当量循环密度（ECD）值对防止井漏和井喷有重要的意义。本文结合前人计算环空ECD的模型和深水条件给出了一种计算深水钻井环空ECD的计算方法。     

修正设计系数的套管层次与下入深度设计方法

传统井身结构设计过程中用以确定安全钻井液密度窗口所采用的各类设计系数均采用经验或统计估算的方法,且在全井段各设计系数取值相同。对原有安全钻井液密度窗口确定准则中的部分公式和系数进行改进和修正,并提出一种修正设计系数的井身结构设计方法,新方法中各类设计系数将根据实际井条件精细计算,避免过度浪费安全窗口空间,使井身结构设计结果更为合理高效。以西非深水区块B-1井为例进行实例计算。结果表明,不同井段、不同井眼尺寸对各类设计系数具有明显影响,尺寸差距越大,设计系数的差异性也越大,其对井身结构设计结果的影响也越大。     

深水喷射井口结构套管水平承载力

提出了喷射结构套管管周扰动土体的抗剪强度增长规律的表达式,分析了扰动土体抗剪强度的增长对API建议的软粘土p-y曲线、管身土抗力和弯矩分布、管身挠曲变形及结构套管水平承载力的影响。研究结果表明：喷射后管周扰动土体的抗剪强度与时间对数近似呈线性关系;随着时间的增加,软粘土p-y曲线的极限土抗力和初始斜率逐渐增大,但增大的幅度逐渐减小;结构套管水平承载力也与其时间对数呈线性关系。     

深水钻井井涌动态模拟

考虑油气和水合物相变、岩屑以及地层产出等参数的影响,针对井筒与隔水管,建立深水钻井井涌期间的多相流动控制方程组,采用数值方法对方程组进行求解并编制相应软件,对深水井涌的流动过程进行动态模拟,分析井筒气相体积分数及溢流参数随溢流时间的变化规律,讨论地层渗透率、地层与井底初始压差以及水合物生成与分解对溢流参数的影响.结果表明:溢流时间越长、地层渗透率越大、地层与井底初始压差越大,则泥浆池增量越大,井底压力降低越明显,井控难度越大;水合物生成与分解对井筒及节流管线的流动有影响,尤其对已存在的较多水合物采取措施促使其分解时,对节流管线内的气相体积分数影响很大,进而影响压力分布及节流压力的调节.     

深水钻井隔水管的准静态非线性分析

对深水钻井隔水管进行准静态分析时,需搜索波浪的最大相位角以寻找最大波流合力,提出了搜索波浪最大相位角的最大Mises应力准则.开发了隔水管准静态分析系统,系统以C Builder为开发环境,后台调用ABAQUS进行计算,调用面向对象Python程序访问数据库,提取计算结果,实现了波浪最大相位角的自动搜索和深水钻井隔水管的准静态非线性分析.应用实例验证了该分析系统的有效性.结果表明,波浪相位角为180°时隔水管准静态响应最大,其次为波浪相位角90°,2700°,0°,隔水管静态响应介于波浪相位角为90°与270°的准静态响应之间.     

深水钻井井筒环空气体上升速度研究

在深水钻井的过程中,及早准确地监测到气侵的发生对于钻井安全至关重要。在哈格多恩和布朗方法的基础上建立了深水钻井气侵发生后气体上升速度模型,针对井斜角对气体流型划分原则的影响及气体滑脱速度的改变进行了修正,结合气侵后井筒气液流动规律,实现了气侵发生后气体到达海底井口时间的实时计算,所得结果能够有效反映深水斜井钻遇气侵后井筒环空的流动规律,对于气侵及井控的监测具有重要意义。     

深水钻井隔水管与井口技术研究进展

钻井隔水管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。系统开展了面向南海的深水钻井隔水管与井口技术研究,建立其力学分析方法,形成一套深水钻井隔水管与井口系统钻前设计与作业技术体系;提出隔水管与井口系统的波激疲劳、涡激疲劳、磨损以及隔水管接头完整性评估方法,并进一步完善深水钻井隔水管与井口完整性管理方案;建立深水钻井隔水管关键装备与作业风险评价框架,探索台风环境下的隔水管系统安全保障的关键技术;在此基础上开发深水钻井隔水管作业管理软件,承担中国南海6口自营深水井的隔水管与井口系统钻前设计与作业技术研究工作,成功将科研成果应用到深水钻井实践中,并取得良好的应用效果。笔者对这些进展进行总结和回顾,并对今后的研究方向进行展望。     

深水钻探井筒温度场的计算与分析

通过对海水温度数据回归分析,得到了南海海水温度场随深度的分布.以传热学基本理论为基础,通过理论推导,得到了循环及停止循环条件下的深水钻探井筒温度场理论计算公式.计算结果表明,循环钻进期间,要维持隔水管内的温度,应保证隔水管的保温层完好,并在满足钻井施工条件下尽量增大循环排量;停止循环时,随着关井时间的增加,井筒内流体温度逐渐接近外界环境温度,为避免在井筒及防喷器处生成大量水合物,关井时间要尽量短.