中国近海浅水水下井口钻完井模式现状与展望

水下井口和采油树在中深水油气田开发中起着重要作用,随着中国近海油气增储上产压力加大,中国海油探索在浅水海域采用水下井口的开发模式,并加大了浅水水下井口和采油树系统的国产化进程。通过对浅水水下井口和采油树系统的现状进行分析,笔者从浅水水下装备和水下钻完井作业工艺出发,系统总结了浅水水下装备的最新研发成果,同时展望了水下开发模式配套的钻完井工艺以及浅水水下装备的发展前景,对于浅水油气田采用水下模式开发具有重要的指导意义。

基于ANSYS的水下井口力学性能分析

根据深水钻井作业的实际工况,建立了水下井口力学模型和ANSYS三维实体模型,对深水钻井水下井口横向承载力进行有限元分析计算。应用APDL语言并且结合VB.NET程序,建立了更便捷的操作模式,更好地应用到工程计算中。算例分析表明,水下井口顶部所受的横向载荷对井口的横向承载力影响较大,而竖向承载力对其的影响不明显;井口出泥高度对水下井口的稳定性影响较大;一定深度以下,套管的应力和位移值均很小。

基于Orcaflex的水下应急封井装置安全入水仿真

为确保3 000 m水深水下应急封井装置的安全入水,基于Orcaflex对3 000 m水深水下应急封井装置下放入水过程进行了模拟仿真。研究了不同因素对绞车缆绳最大受力和装置运动响应的影响,并将Orcaflex模拟结果与理论公式计算结果进行对比,得到如下结论:绞车缆绳最大受力(1 538. 5 kN)发生在水下应急封井装置在空气中的下放过程,而水下应急封井装置最大运动响应发生在入水前后;当波浪力垂直于船身方向时,绞车缆绳受力最大,水下应急封井装置运动响应最大,而其余波浪方向角对其影响较小,因此在进行水下应急封井装置下放入水操作时,最好让工程船的方位角沿着波浪方向角;绞车下放速度对绞车缆绳最大受力和水下应急封井装置运动响应影响较大,当下放速度为0. 3 m/s时,绞车缆绳最大受力为1 657. 4 kN,同时水下应急封井装置运动响应也增大,绞车缆绳属性对其影响较小;仿真结果比Chuang公式和Chen公式计算结果更接近理论公式计算结果。研究结果可对水下应急封井装置快速安全地安装和回收提供指导。

海洋深水钻井隔水管气液两相流的多普勒超声波传播特征

海洋深水钻井经常会钻遇异常压力地层,容易发生气侵溢流,如不能及时发现并加以控制,就有可能导致井喷失控,进而造成不可估量的经济损失和难以挽回的人员伤亡,并且还有可能对海洋生态环境造成巨大的破坏。如何在深水钻井期间对溢流进行早期监测,是目前国际上研究的热点、重点和难点。为了给海洋深水钻井隔水管溢流早期监测提供理论指导,基于多普勒超声波传播原理,设计了气侵早期监测实验装置,优化了多普勒探头安装方式及角度,开展了含气率介于0~46%、液相流速介于0~0.7 m/s的气液两相流中的多普勒超声波传播实验,揭示了多普勒超声波随含气率的变化规律。研究结果表明:①当含气率发生变化时,信号电压会在初始曲线的基础上以不同的幅度和不同的频率上下跳动,信号电压幅值随着含气率增大而先增大后减小;②当多重反射对信号电压均值的增幅大于超声波的衰减程度时,信号电压均值增大,反之信号电压减小;③停泵及开泵不同流速、不同含气率条件下的信号电压均值散点与含气率拟合出的曲线呈现二次函数的变化规律。结论认为,可以根据测量得到的信号电压均值来定量预测含气率的大小,进而指导海洋深水钻井隔水管溢流早期监测及压井作业。

接箍对海上隔水导管打桩的影响

隔水导管打桩作业是浅海石油勘探开发中至关重要的一个环节,分析不同因素对打桩的影响具有很大的难度。文中针对接箍对隔水导管打桩的影响进行了深入研究,提出了接箍对隔水导管打桩作业影响的分析方法及模型。以南海文昌13-6油田为例,分析计算了有无接箍条件下隔水导管打桩作业的锤击数和贯入率。研究结果表明,无接箍的隔水导管在打桩作业中具有更好的时效性和经济性。

基于蒙特卡洛的水下采油树本体安装工具结构可靠性分析方法

水下采油树本体安装工具是进行树体锁紧、下放与回收等操作的重要装备,水下采油树本体安装工具受力不均失效,易引起安装失败,甚至造成重大安全事故。分析计算了水下采油树本体安装工具在钻杆下放过程中受到的环境载荷,分别建立了安装工具锁紧和下放水下采油树工况的有限元模型,研究了锁紧状态和下放过程中安装工具的受力情况。根据蒙特卡洛抽样理论,进行了作业锁块、树体和驱动环对海流、温度、外压等3个环境参数的敏感性分析,形成了水下采油树本体安装工具的结构受力可靠性分析方法。本文研究结果可为中国水下采油树的自主研发与国产化应用提供参考。

Hydraulic套管开窗工具在南海西部油田的首次应用

南海西部油田的涠洲11-1N-A12井是一口探边注水井,该井采用威德福公司最新型的液压磨铣套管开窗工具在9-5/8"套管内进行开窗侧钻,仅用一趟钻就实现了定向、座挂、开窗、修窗和钻进新地层14.12 m,大大节约了钻井时间。介绍了威德福公司的Hydraulic套管开窗系统的组成部件及工具的优点,分析了如何在开窗作业过程中进行钻井参数控制,总结了关于工具的送入、脱手、定向和窗口质量控制等方面的一些经验,可以为以后类似井的套管开窗作业提供技术参考。

套管外回接工艺在半潜式平台水平井中的应用

南海西部海域某井在采用半潜式钻井平台进行钻井作业时，φ244.4 mm套管下至井深2546.00 m时遇阻，距离设计井深还有35.00 m。通过多种技术手段处理后未能成功解卡，选择切割φ244.5 mm套管，使用套管外回接技术回接套管并实现套管挂坐挂及密封。在泥线以下40～60 m位置（单根套管中间位置）切割回收套管及套管挂；下入套管壁内外修整铣鞋磨铣修整套管割口0.2～0.5m；下入套管外回接补贴工具，使原套管进入外回接补贴工具并进入延伸筒，直至套管挂坐挂到位，使套管外回接补贴工具与原套管连为一体；加压对套管外回接补贴工具密封进行测试；该井在井深203.02 m处成功切割回收了9根φ244.5 mm套管及套管挂，对套管割口磨铣0.24 m后，套管外回接补贴工具下至井深205.40 m进行回接，试压20.69 M Pa合格，实现套管对接及密封。现场应用表明，套管外回接工艺不缩小现有管串内径，保障套管通径，密封寿命满足油田开发要求，能够解决半潜式平台套管未下到位的问题。

导管架Ф508mm套管回接技术在油田开发中的应用

导管架回接完井技术是在预钻井作业完毕后,安置导管架并安装上部组块,实现套管回接,建立水下至地面的流体通道后转入完井生产作业。为了节约钻机资源,海上某油田进行多次调研,最终实现导管架回接完井作业。导管架回接作业的最外层为?508mm套管,回接作业包括连接、安装扶正器、对孔、对井口、回接锁紧等几项工序,并最终通过试压验证回接的可靠性,回接作业中需要考虑井口密封及承受载荷方面的影响,以便满足长时间生产的需求。该油田通过对管串的受力分析及现场切割等工艺,实现了20余口井的回接,为顺利投产奠定了基础。在回接过程中,管串受导管架安装精度影响较为明显,需要在后续油田作业中加以控制。

井下钻具受交变应力影响分析

开发井作业中,钻具入井使用频繁,同时受井眼轨迹及水力参数的影响,钻具强度面临严峻的考验。为了满足钻进的需要,钻具在井下工作时除了承受轴向应力,也承受径向应力及扭力等多种应力,从而降低了钻具的使用寿命,大幅度地加剧了钻具的损坏,因此有必要对钻具承受的交变应力进行分析,以便更好地指导现场作业。

吸力桩式水下基盘结构优化研究与应用

对常规吸力桩式水下基盘结构进行了系统的优化研究。通过将吸力桩立柱与导向柱设计为同轴,适当加大导向柱高低桩高差、外径及壁厚,以及缩小吸力筒长径比,提高了基盘的承载力和抗撞击能力,降低了基盘贯入风险,并提高了安装精度。

文昌10-3气田超临界CO_2腐蚀与油套管防腐选材研究

在模拟文昌10-3气田超临界CO_2腐蚀环境下,采用高温高压反应釜研究了碳钢、普通马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢的腐蚀行为,借助扫描电子显微镜分析了以上材质的抗点蚀特性。结果表明:在超临界CO_2腐蚀环境中,碳钢无法满足要求;在连续的CO_2相中,普通马氏体不锈钢VM13Cr会发生点蚀;在连续的水相中,超级马氏体不锈钢HP2-13Cr表现出了较好的耐点蚀性能。同时,为文昌10-3气田井下管柱设计了防腐材质。

3000m水下应急封井装置下放过程平衡分析

3000m水深水下应急封井装置的下放安装受井喷原油流速的影响较大,为确保3000m水深水下应急封井装置顺利下放安装到发生井喷的井口,基于ANSYS软件建立并模拟了3000m水深水下应急封井装置下放安装过程,研究了水下应急封井装置在不同井喷原油流速、距离井口不同高度时的平衡状态。研究结果表明,水下应急封井装置距离井口不同高度时,上托力与湿重平衡时对应不同的井喷原油流速;相同井喷原油流速下,水下应急封井装置从下放到距离井口1m过程中,距离井口1m时受到井喷原油产生的上托力最大。本文研究结果对水下应急封井装置快速平稳下放及水下应急封井装置的优化设计具有一定的参考意义。

文昌9-2气田套管CO_2防腐选材优化设计

文昌9-2气田开发层的CO_2分压高达3.56MPa,井底温度高达165℃。本文采用高温高压动态腐蚀模拟实验研究了不同材质:3Cr、13Cr和超级13Cr套管材质在该环境的腐蚀特征,结果表明,低Cr钢腐蚀速率高,产物膜保护性差,无法满足要求;普通13Cr材质在温度低于140℃时表现为均匀腐蚀,而当温度达到160℃时,表现出了严重的局部腐蚀;超级13Cr材质在所有测试中均表现为均匀腐蚀。综合材质的腐蚀特征、井筒温度和CO_2分压,为文昌9-2气田推荐了混合管材的防腐方案。

地层压力随钻预测技术在高温高压井的应用

莺-琼盆地高温高压井压力台阶多、压力体系复杂,仅靠钻前地震资料预测难以满足现场作业要求。地层压力随钻预测技术是利用综合录井的压力随钻监测结果,实时修正钻前地层压力预测模型和结果,从而提高地层压力预测精度。本文结合高温高压Y1井的实例,应用国际先进的Equi Poise系统进行现场地层压力随钻监测,根据地层压力监测的实际结果来修正地层压力预测模型,进而对下部未钻地层的地层压力进行再预测。钻后实测压力验证表明,该方法的地层孔隙压力预测精度达到94%,说明利用地层压力随钻监测结果实时修正地层压力预测模型,可以实现提高地层压力预测精度目的,为高温高压井钻井参数设计、钻井方案调整和安全控制提供技术保证。

基于实验研究的油气钻采水平两相流管道泄漏声发射检测

气液两相流管道在油气钻采、运输中应用广泛,但对其泄漏检测的研究较少。本文通过搭建水平气液两相流泄漏实验系统,利用声发射(AE)检测原理对气体压力、流型、泄漏孔径、泄漏位置等因素对泄漏声发射信号的影响进行了实验研究,提出通过经验模态分解(EMD)去噪并用小波包分解(WPD)提取声发射信号特征输入BP神经网络进行泄漏存在性、泄漏流型识别。研究结果表明,本文提出的泄漏声发射检测方法提高了BP神经网络对气液两相流泄漏模式的识别精度并可以实现对两相流管道的有效检测,具有较好的借鉴意义。

深水浅层气钻井风险评估与控制技术

在深水油气田开采过程中常钻遇浅层气,浅层气是聚集在海底的超压气体,由于预测难、控制手段少,通常采用更换井位的方式对存在浅层气的区域进行规避,严重制约了钻井井口选址范围,甚至无法实现油藏勘探目的。基于ANSYS Fluent软件,采用VOF模型和k-ε湍流模型,建立了浅层气放喷多相流体瞬态流动计算模型,得到了不同压力系数、储藏规模和井眼尺寸条件下的浅层气喷流特征,建立了基于气藏压力、储藏规模的浅层气放喷数值模型,提出了对处于中高风险等级的浅层气采取主动放喷技术的防治方法。该研究对主动应对浅层气地质灾害具有理论指导意义。

深水钻井隔水管防台悬挂装置的选型设计

针对目前深水钻井防台时隔水管处理方式存在的作业窗口小、作业模式选择困难、易发生事故等问题,本文提出了将隔水管硬悬挂与软悬挂方案相结合的新方法,既能快速操作,又能缓冲隔水管运动。为了降低新方法中隔水管的加速度,提出并分析了3种控制方案对加速度的补偿效果,结果表明加速度峰值控制方案具有制造安装简单、实施方便等优势。在此基础上针对加速度峰值控制方案中封闭高压系统散热难的问题,提出了采用差动液压缸实现半开式循环散热的方法。本文提出的隔水管加速度峰值控制悬挂方法及其配套的差动散热-主动控制节流装置,具有较好的动载荷补偿能力,可为我国深水钻井防台提供技术支持。

单趟钻三筒取心技术在涠洲11-1N油田的应用

海洋石油钻井成本高昂,在钻井取心作业中,取心进尺作业时间短,起下钻占了大部分时间,为了节约成本,提高时效,采用先进的Yb-8100型取心工具,设计了有3个取心筒配3个扶正器的钻具组合,在南海西部涠洲11-1N油田进行了首次单趟钻三筒取心作业,连续取心24.74m,收获率达99.99%。单趟钻三筒取心是取心技术的一次大胆尝试,它的成功实施可以直接节省两趟起下钻时间,实现高效经济取心作业,更为今后单趟钻三筒取心甚至更多筒取心技术的推广和应用积累了宝贵的作业经验。

新文昌油田群水下井口回接技术

为了缩短新文昌油田群海洋钻井的投产时间,加速资金回流,可采用水下井口回接技术来建立油气通道。介绍了水下井口系统回接准备工作、回接工具技术机理以及现场施工应遵循的原则及隔水管、套管的回接程序,并根据施工过程中出现的问题,提出了相应的解决方案,确保了水下井口回接作业的正常进行。该技术节约了海洋石油的开发成本,缩短了生产时间。此次回接作业为该技术的应用提供了宝贵的经验。