深水鉆井隔水管及井口作業(yè)分析與決策研究.pdf

1、本文以十二五國家科技重大專項課題“深水鉆完井工程技術(shù)”子課題“深水鉆井隔水管作業(yè)管理及安全評價技術(shù)研究”和國家自然科學(xué)基金項目“南海超深水鉆井隔水管單根設(shè)計與作業(yè)管理關(guān)鍵問題研究”為依托,面向南海環(huán)境條件,系統(tǒng)開展深水鉆井隔水管及井口作業(yè)分析與決策研究,在隔水管及井口系統(tǒng)耦合分析模型建立、隔水管系統(tǒng)配置與頂張力設(shè)計、隔水管作業(yè)窗口確定、水下井口與導(dǎo)管系統(tǒng)鉆前配置、隔水管及井口應(yīng)急技術(shù)方面取得重要研究進展和技術(shù)創(chuàng)新,部分研究成果填補國內(nèi)空

2、白,可為我國南海深水鉆完井隔水管與井口作業(yè)技術(shù)發(fā)展提供技術(shù)支持。主要研究進展總結(jié)如下：
　　 ⑴深水鉆井隔水管及井口系統(tǒng)分析模型研究。針對深水鉆井隔水管及井口系統(tǒng)關(guān)鍵作業(yè)模式,分別建立隔水管連接作業(yè)靜態(tài)與動態(tài)分析模型、懸掛作業(yè)軸向動態(tài)分析模型以及井口與導(dǎo)管分析模型,以上述理論模型為基礎(chǔ)研究平臺,重點解決了隔水管-井口-導(dǎo)管耦合分析模型建模問題。通過隔水管與井口系統(tǒng)解耦和耦合模型對比分析表明,隔水管-導(dǎo)管-土壤模型結(jié)果最精確且最符

3、合現(xiàn)場作業(yè)實際,若鉆井前已獲得土壤剖面詳細參數(shù),應(yīng)采用此模型進行隔水管與井口響應(yīng)分析;隔水管-導(dǎo)管模型分析結(jié)果接近隔水管-導(dǎo)管-土壤模型,若暫時無法獲得土壤詳細剖面資料,推薦采用此模型進行分析以獲得較可靠的隔水管與井口響應(yīng)數(shù)據(jù)。
　　 ⑵深水鉆井隔水管系統(tǒng)配置與頂張力設(shè)計。以隔水管長度確定、隔水管單根壁厚校核、浮力塊選型配置以及隔水管單根布置分析為研究基礎(chǔ),研究出深水鉆井隔水管系統(tǒng)配置方法,以此確定1500m水深目標井的隔水管系

4、統(tǒng)配置方案,作為后續(xù)隔水管.井口系統(tǒng)作業(yè)分析與決策的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究隔水管系統(tǒng)頂張力的穩(wěn)定性算法、底部殘余張力算法和最大鉤載算法,采用確定的隔水管系統(tǒng)配置方案進行項張力適用性分析。研究認為,穩(wěn)定性算法可考慮多個因素的影響,適應(yīng)范圍較廣但計算繁瑣;底部殘余張力算法計算簡單但適用性較差;最大鉤載算法簡單實用,推薦作為現(xiàn)場作業(yè)頂張力確定首選方法。
　　 ⑶深水鉆井隔水管作業(yè)窗口確定方法研究。作為隔水管作業(yè)分析與決策的核心內(nèi)容,隔水管作業(yè)

5、窗口對于指導(dǎo)隔水管作業(yè)至關(guān)重要。基于隔水管.井口系統(tǒng)分析模型和隔水管系統(tǒng)配置及頂張力研究成果,建立隔水管與井口系統(tǒng)耦合分析有限元模型,確定隔水管關(guān)鍵作業(yè)工況的組合極限準則,采用鉆井平臺偏移、波浪波高周期和表面海流流速等組合參數(shù)形式,研究出隔水管下放/回收作業(yè)、鉆完井作業(yè)及懸掛作業(yè)對應(yīng)的鉆井平臺偏移與環(huán)境載荷極值條件,從而在深水鉆井隔水管關(guān)鍵作業(yè)工況作業(yè)窗口分析方法研究上取得突破。以此確定隔水管下放/回收作業(yè)最危險工況和采用軟懸掛模式進行

6、隔水管臺風(fēng)自存作業(yè),并通過隔水管鉆井窗口實時調(diào)控方法研究及完井窗口影響因素分析,推薦改善隔水管鉆完井作業(yè)窗口的措施。
　　 ⑷水下井口與導(dǎo)管系統(tǒng)鉆前配置研究。井口出泥高度與導(dǎo)管入泥深度設(shè)計為水下井口系統(tǒng)鉆前配置的重要組成部分。以三種井口出泥高度算法為研究基礎(chǔ),提出井口鉆前設(shè)計最適用方法?；谕寥莱跏?、實時和極限承載能力分析,明確土壤不排水抗剪強度和平均抗剪強度關(guān)系及土壤承載力隨時間的恢復(fù)規(guī)律,研究出導(dǎo)管最小和最大入泥深度設(shè)計方法

7、,確定出井口導(dǎo)管噴射下入作業(yè)、表層套管固井作業(yè)與安裝BOP作業(yè)等危險工況導(dǎo)管所需的最小入泥深度以及連續(xù)噴射和上提/下放導(dǎo)管方式下導(dǎo)管能下入的最大入泥深度,并分析了不同因素對導(dǎo)管最小和最大入泥深度的影響。通過進行井口與導(dǎo)管作業(yè)分析,研究了井口抗彎能力、導(dǎo)管承載能力及井口導(dǎo)管噴射下入?yún)?shù)設(shè)計方法,以保證后續(xù)鉆井作業(yè)的連續(xù)和井口系統(tǒng)的安全。
　　 ⑸深水鉆井隔水管與井口應(yīng)急技術(shù)研究。深水鉆井隔水管與井口應(yīng)急技術(shù)可有效減小作業(yè)風(fēng)險并防止

8、惡劣事故的發(fā)生。以隔水管防臺快速撤離為目的,研究近海面脫離裝置與空氣罐功能原理及基本結(jié)構(gòu),設(shè)計隔水管防臺近海面脫離方案,進行緊急脫離設(shè)置點分析和隔水管近海面脫離位置分析。研究井噴救援井口應(yīng)急策略,分析LMRP帽子法和簡易BOP法對應(yīng)的井口與導(dǎo)管承載能力安全性。以井口與導(dǎo)管下入作業(yè)決策、基于監(jiān)測的隔水管鉆井作業(yè)決策、作業(yè)中設(shè)備故障決策、隔水管緊急脫離以及避臺撤離決策為基礎(chǔ),建立隔水管與井口不同工況關(guān)鍵作業(yè)應(yīng)急決策方法流程,為實時快速作業(yè)調(diào)