无隔水管钻井液回收钻井系统井筒压力分析

基于Beggs&Brill两相流计算模型,结合无隔水管钻井液回收钻井系统(RMR)钻井技术特点,建立了适用于RMR浅表层钻井的环空压力计算模型。该模型考虑了:岩屑对钻井液密度的影响;气体膨胀、井筒温度、井筒压力对两相流持液率和气体密度的影响;泥线处的定压边界条件。分别讨论了钻井液排量、机械钻速、气侵量等因素对环空压力的影响。计算结果表明,随着钻井液排量和机械钻速的增加,环空压力增加;随着气侵量的增加,环空压力减小,其中气侵量对环空压力的影响较大。

400 m级无隔水管泥浆回收系统研发及海试

无隔水管泥浆回收系统可以实现在开路钻井工况下进行泥浆回收循环再利用,具有安全环保、简化井身结构和降低钻探风险等优点。该技术在国外已发展多年并成功推广工业应用,国内目前尚处于跟踪研究阶段。本文介绍了我国首套400 m级无隔水管泥浆回收系统设计研发过程,并通过海试试验验证系统的各项功能及指标。结果表明,所研设备样机搭载于“海洋地质十号”船,设备装船适配合理,最大海试水深384.7 m,设备各项功能性均符合设计要求,成功实现泥浆液位的识别与自动控制功能,全流程验证无隔水管泥浆回收循环钻井技术可行性。

深水无隔水管钻井液回收钻井技术

为解决深水钻井作业中遇到的复杂问题,挪威AGR公司进行了无隔水管钻井液返回钻井技术(RMR)研究。RMR技术在钻井中不采用常规海洋隔水管,而是用海底吸入模块将从井眼环空中返回的岩屑和钻井液分流出来,在海底泵的作用下通过一条小直径回流管线由海底返回至钻井平台,从而实现无隔水管钻井液循环。分析了RMR技术原理,介绍了海底吸入模块、海底举升泵模块、钻井液返回管线、控制系统等关键装备,概述了RMR技术在国外应用现状。对RMR技术今后发展提出展望,对国内应用推广该技术有一定指导意义。

深水无隔水管钻井液回收钻井水力学计算

为解决深水钻井中遇到的一系列难题,国外研发出无隔水管钻井液回收钻井技术(RMR),该技术去除了隔水管,利用相对较小的回流管线将钻井液和钻屑从海底泵送回钻井平台。由于RMR技术是最新发展的技术,目前尚无合适的水力学计算理论和方法。根据无隔水管钻井液回收钻井系统的工作条件及特点,推导出无隔水管钻井液回收钻井系统的水力学计算公式,编制水力学计算软件,进行了算例分析,并与文献中数据进行了对比,验证了计算公式和程序的正确性。

基于遗传算法的深水无隔水管钻井液举升系统锚泊定位方案优化

为了对深水钻井钻井液举升系统进行有效优化,本文根据遗传算法中求函数最大值优化问题建立有针对性的数学规划模型,以钻杆和返排管线不发生碰撞时返排管线底部位置和水下井口间的距离最小为最优化目标,以返排管线定位位置、顶部张力、返排管线的外径、返排管线壁厚为求解集合,并根据数学模型建立锚泊定位的遗传算法模型,确定了返排管线的顶部张力、返排管线的外径、返排管线的壁厚作为遗传算法的个体基因,并采用排名法即适应度的排名次序从未得到评判个体的最优解。最后采用该模型对1500 m水深的某低温钻井作业的无隔水管锚泊定位实例方案进行优化验证,在随机产生的10个个体中,确定个体7为最佳方案,得出个体7的水下井口间的距离302 m为最优定位距离。研究结果表明,本文提出的遗传算法可用于优化钻井液返排回流海底锚泊定位模型,该方法可使计算成本大幅减少,但在求解过程中要注意个体基因、遗传机理、最优化函数以及约束条件的合理运用。

无隔水管海洋钻井技术

无隔水管钻井液回收技术是一种顶部井眼钻探系统,使用海底泵系统将井眼环空返回钻井液和岩屑通过泥浆返回管线泵送回海面钻井船。该技术很好地解决了深水钻井技术难题,安全钻探深水顶部井眼,在国外获得了广泛的商业应用。目前,已经从最初的浅水发展到深水、超深水回收技术。同时,AGR公司的控制钻井液压力钻井技术基于无隔水管钻井液回收技术,可与常规隔水管和海底防喷器组联合使用,钻探表层井眼外的其余井眼段,具有双梯度钻井和控压钻井优点。实践表明该技术能够以更低成本、更快、更安全的作业方式以及更低的环境影响程度钻探深水井。因此,在我国深水油气开采中有着极大的应用潜力和优势。

平台运动对井下钻井液压力波动的影响分析

无隔水管钻井技术通过控制海底钻井液举升泵的转速和流量来控制旋转防喷器内的钻井液液面,进而达到控制井筒压力的目的。针对深水无隔水管钻井系统作业过程中钻井平台的运动响应对井下钻井液压力扰动的问题,建立了钻井平台-升沉补偿-钻柱纵向振动耦合模型和井下钻井液压力计算模型,分析了海洋环境因素对平台运动响应、钻柱升沉运动响应及井底压力的影响,并研究了升沉补偿系统、钻井液密度和钻井液举升泵对井下压力的影响。研究结果表明:无隔水管钻井系统作业过程中,钻井平台的运动响应会引起钻柱的升沉运动,钻柱的升沉运动会导致井筒内钻井液的不规则流动,从而引起井下钻井液压力的波动;海浪波高的增大会导致平台和钻柱升沉运动幅度上升,从而导致井下激动压力和抽吸压力增大;升沉补偿系统能够有效降低平台运动对钻柱升沉运动的影响,减小井下的压力波动幅度;随着钻井液密度的增大,井筒内的压力也随之增大,在钻井作业时,应在不同的钻井深度选择合适的钻井液,以保证钻井作业的安全性。所得结论可为无隔水管钻井系统作业时钻井液密度和钻井液举升泵扬程的选择提供参考。

吸入模块密封胶心过盈量对其性能影响研究

以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,进行吸入模块密封胶心摩擦接触有限元分析,研究过盈量对胶心与钻杆及接头间接触压力的影响,分析不同过盈量下胶心与钻杆或接头接触时的胶心Mises应力峰值和摩擦力分布规律,以期为密封胶心优化设计和延寿提供技术参考。建模时胶心材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法求解钻杆及接头和胶心的接触问题,摩擦模型选用库伦摩擦模型。结果表明,接触压力随过盈量的增大而增大,呈非线性关系;胶心Mises应力随过盈量的增大而变大,而且胶心与接头上端接触时Mises应力峰值最大,增大也较快。

吸入模块密封胶心唇部结构分析

为了解决无隔水管钻井液回收钻井系统中吸入模块的密封胶心寿命低的难题,利用ABAQUS软件对吸入模块密封胶心进行有限元分析,分析唇长和唇宽对胶心与钻具间的接触压力、胶心Mises应力峰值以及摩擦力的影响规律。胶心材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法进行求解。研究结果表明,胶心与钻具间的接触压力大于海底泥线处井眼环空压力的节点数随着唇长的增加不断增加,胶心密封性能增强。因此,在胶心设计制造时,应适当增加胶心的唇长,可以根据需要减小胶心的唇宽。该项研究结果可为无隔水管钻井液回收钻井用密封胶心的结构优化和延寿提供参考。

液压力对吸入模块密封胶芯性能影响研究

以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,为了解决密封胶芯寿命低的难题,进行吸入模块密封胶芯有限元分析,研究胶芯在海底工作时单面受压和双面受压对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的影响,分析不同液压力下胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的分布规律,以期为胶芯延寿提供技术参考。胶芯材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法进行求解。研究表明,海水液压力对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值有着显著的改善作用,应在吸入模块两胶芯间设计压力调节装置。