海上钻井隔水导管最小入泥深度研究

根据海底土的工程性质,建立了海底浅层地层破裂压力计算模型。针对钻井隔水导管的不同工况,建立了保证正常钻井液循环条件下,井口支持力结构情况下的隔水导管最小下入深度计算模型。该模型在渤海湾地区9个油田应用14口井,计算结果与实际情况比较吻合,应用效果良好。     

涠洲12-1B油田隔水导管入泥深度分析

涠洲12-1B油田在钻井过程中井下情况比较复杂,钻井作业施工时间长,这对钻井隔水导管的稳定性提出了更高的要求。文中根据该油田海底土的工程地质条件,结合海上钻井隔水导管现场施工过程中不同的工况要求,利用隔水导管极限承载力分析方法,计算得出合理的隔水导管最小入泥深度。现场应用表明,计算结果与实际施工情况比较吻合,应用效果良好。     

埕北油田隔水导管入泥深度计算及稳定性分析

隔水导管管体轴向受到井口压载和海底土提供的承载力,横向上受到风浪流等环境载荷,因此需要入泥一定深度和尺寸规格以提供安全的轴向承载力并满足管体的稳定性。本文结合埕北油田海底土质特征,计算得到了隔水导管入泥深度,并优化建立隔水导管有限元模型对隔水导管稳定性进行了校核分析,为海上现场施工提供了有力技术支持。     

“海上钻井隔水导管入泥深度确定技术”研究成果达到国际领先水平

由中国海洋石油总公司资助、中国石油大学（北京）石油天然气工程学院杨进副教授为首的课题组与中海石油研究中心联合完成的科技攻关项目“海上钻井隔水导管人泥深度确定技术”，近日通过了教育部主持的科技成果鉴定会。以国家结构工程重点实验室主任、清华大学聂建国教授为主任的鉴定委员会一致认为：该项研究成果与国内外同类技术相比较，在海上钻井隔水导管群桩锤人法的人泥深度确定方面取得了创新性成果，其成果实用性强，应用前景广阔，达到国际领先水平。     

北部湾WX油田隔水导管最小入泥深度研究

隔水导管是海洋钻井关键部分,确定合理的下入深度对于安全钻完井作业具有非常重要的意义。随着WX油田开发,针对隔水导管下入深度问题,此文根据隔水导管不同工况,建立了基于钻井液安全循环和基于最大地层承载能力导管最小入泥深度计算模型,提供了计算方法及步骤,该计算模型指导了北部湾WX油田隔水导管入泥深度设计和现场施工作业,满足了开发的要求。     

海上钻井隔水导管极限承载力计算

为了更合理地确定隔水导管最小入泥深度,根据海底土的工程地质特征,结合岩土力学理论分析,建立了不同海底土层下的隔水导管极限承载力计算模型。根据隔水导管承载力计算模型,结合海上钻井隔水导管现场施工过程中不同的工况特征,建立了隔水导管最小下入深度计算模型。理论模型在渤海QHD32-6和SZ36-1油田进行了应用,得出了隔水导管底部承载力随入泥深度的变化曲线,进一步确定出隔水导管的最小入泥深度,计算结果与实际情况比较符合。研究成果将为海上隔水导管最小入泥深度的选择提供技术帮助。     

自升式钻井平台桩腿入泥深度计算研究

开展了桩腿与海底土相互作用分析,提出了自升式钻井平台桩腿承载力计算模型,该模型考虑了插桩速度、桩靴上覆土压力、群桩效应等因素的影响.现场应用表明,本文提出的自升式钻井平台桩腿承载力计算模型在预测桩腿入泥深度时具有非常高的准确度,相对误差在10％以内.     

群桩作用下隔水导管可打性试验

结合海洋钻井实际工程情况,开展了群桩模拟试验,研究分析了群桩条件下的桩土相互作用问题,得出了群桩作用对土应力场的影响关系,模拟试验结果对海上隔水导管的施工具有重要的指导意义。     

隔水导管复合群桩竖向承载特性

基于有限元方法对阵列排布的隔水导管组成的群桩基础开展竖向载荷作用下的破坏模式研究,分析不同井口间距、桩数、桩径和桩长下隔水导管复合群桩基础的极限承载力和轴向载荷传递规律,结合隔水导管的结构特点,推导适用于隔水导管复合桩的群桩效应系数计算公式。研究表明：隔水导管复合桩群桩效应系数随距径比Sa/D1的增大、桩数N的减小、桩径D1的增大及不排水强度Su的增大而增大;增加变截面以下桩长L2,可提高复合群桩中心桩承载力发挥程度。与相同工况普通钢管桩群桩基础相比,隔水导管复合群桩基础的侧摩阻力发挥更加充分,群桩效应系数更高。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素,隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性,而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验,缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型,分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素,结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素,而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著;随着隔水导管入泥深度增大,其横向位移逐渐减小,而应力则先增大后减小,其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点;地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

隔水导管打桩新技术研究与应用

针对现有浮吊等大型海洋作业资源不能满足渤海地区钻井打桩作业需求的问题,研究了隔水导管打桩新技术.该项技术包括:采用“生活支持平台+模块钻机”作业模式进行隔水导管打桩作业;配合“边钻边完”钻井技术实现打桩作业优化设计;研制了特殊螺纹扣实现隔水导管安全、快速连接;打桩作业过程采用实时水下监控等措施保证打桩作业准确、高效.该项技术已在锦州25-1南油气田A平台获得了成功应用.     

海上钻井隔水导管打入作业溜桩深度预测

目前桩体施工溜桩深度预测主要集中在大直径超长桩的打桩风险分析中,对海上隔水导管施工溜桩机理和深度预测缺乏研究,存在作业盲目性和风险性。通过对海上隔水导管施工中导管与平台几何关系分析、导管极限承载力计算和溜桩机理分析,提出了海上隔水导管施工溜桩深度预测理论模型。溜桩深度预测理论模型在我国某海域油气田数口井的隔水导管施工作业中得到了成功应用,施工预测深度范围与实际溜桩深度基本一致,为隔水导管施工风险评估提供了理论基础,确保了海上作业的安全性。     

海上大尺寸钻井隔水导管入泥深度计算

单筒三井技术能够提高海上钻完井效率,涠洲6-1是我国首次应用单筒三井钻井技术进行海上油田开发的油田。本文结合单筒三井技术的钻井工艺特点,从井口稳定性和钻井施工角度出发,给出了单筒三井钻井隔水导管的安全入泥深度范围,为今后在其它地方的应用该技术提供宝贵的经验。     

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.     

剪切流作用下隔水管涡激振动响应机理

开展剪切流作用下隔水管涡激振动实验,分析剪切流作用下隔水管涡激振动特征参数及振动响应机理。实验中基于光纤光栅传感器测试技术采集剪切流作用下隔水管在流向和横向的涡激振动响应,实验数据处理时消除了实测信号中隔水管轴向预张力的影响并采用模态分析法求取隔水管位移响应。实验数据分析表明,剪切流作用下:隔水管不同位置处同一方向涡激振动响应频率一致;涡激振动锁定现象发生在涡泄频率对应的最大阶次固有频率附近且涡激振动受该阶次固有频率主导;受模态竞争的影响,剪切流涡激振动呈现多频响应形式;隔水管在流向的主导频率是横向主导频率的2倍;受相位角影响,实验中隔水管单个振动周期的运动轨迹呈扁斜"8"字形,多个轨迹重叠后呈"新月"形。图8表1参27     

钻井隔水导管临界载荷及弹性稳定性研究

从海上钻井实际出发,假定隔水导管为一端嵌固、一端铰支约束的典型受力杆件,根据能量守恒准则和弹性稳定性理论,推导出了在有端部集中载荷及自重均布载荷联合作用下其临界载荷的计算方法,并对不变刚度结构和变刚度结构两种不同组合形式的隔水导管的临界载荷进行了实例计算与分析。对于自升式平台钻井隔水导管,采用本文提出的模型及方法求解其临界载荷,这在原理上和技术上都是可行的;在现场作业中,采用本研究方法中的变刚度结构隔水导管组合形式是可操作的。这些研究成果对于进一步提高海上钻井作业的安全性以及合理使用现有设备和降低成本均具有一定的指导意义。     

深水钻井隔水管浮力块配置方法研究

给出了合理配置隔水管浮力块的基本原则和主要流程;以深水钻井隔水管硬悬挂模式为例,对隔水管的轴向运动性能进行了分析,确定了悬挂状态下隔水管的动态张力,在此基础上给出了确定合理浮力系数的方法,并通过实例进行了计算与分析.本文提出的浮力块配置方法及相关研究结论可供工程应用参考.     

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     

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。