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。

基于钻井液上返流动作用下的隔水管动力学行为研究

本文对钻井隔水管在海洋环境载荷和钻井液上返流动耦合作用下的动力学行为特征进行了研究。通过能量法结合Hamilton原理建立了隔水管动力学模型,并引入弯曲梁单元的Hermite三次插值函数作为形函数对动力学模型进行离散,以此建立耦合作用下隔水管系统的有限元模型。在此基础上,在时域内通过Newmark积分法对隔水管系统的动力学响应进行数值求解,在频域内对隔水管系统的动力学特性进行模态分析,并进一步探讨钻井液参数对隔水管系统动力学行为的影响。通过数值模拟结果的对比发现:钻井液上返流速越大,隔水管的横向偏移越大,但其对隔水管的弯曲应力和固有频率影响不大;钻井液密度越大,隔水管的固有频率会增大,但其横向偏移会受到抑制。

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。

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。

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。

深水钻井平台-张紧器-隔水管耦合系统动力学特性分析

为精确预测隔水管系统动力学响应,解决传统分析方法中边界简化处理的问题,建立平台-张紧器-隔水管耦合动力学模型,充分考虑张紧器系统的非线性刚度变化以及平台、张紧器和隔水管的多体耦合连接方式,研究多体耦合系统中隔水管系统静态和动态响应特性,揭示平台-张紧器-隔水管耦合作用规律。结果表明:在隔水管系统静态分析中,张紧器系统能提供抑制隔水管系统偏移并减小隔水管系统弯矩的横向作用力;在隔水管系统动态分析中,张紧器系统对平台垂荡运动的传递具有明显的缩小效应;平台做纵摇运动时,有、无张紧器系统对隔水管系统偏移位置影响较大,对隔水管系统的运动幅值影响较小;平台-张紧器-隔水管耦合动力学模型能精确施加隔水管系统边界条件,更加准确预测隔水管系统的动力学响应。

南海天然气水合物深水浅层水平井下套管钻井液技术

以中国南海某海域的一口深水浅层高造斜率水平井施工项目为例,介绍了深水浅软地层高造斜率水平井的下套管方式与下套管期间的钻井液技术优化方案。该井为首次在深水采用无隔水管的浅层水平井下套管的方式施工。对于深水无隔水管的套管下入,套管在送入钻具接近井口时最容易发生塑性弯曲,井眼质量和钻井液润滑性能是成功下入的关键。工程实践表明,低温双抑制性钻井液体系适用于该井的钻完井作业,其在井眼清洁、井眼稳定、润滑性及防止水合物生成与分解等各方面都有良好表现。对比常规井,深水浅层高造斜率水平井套管的下入应特别注意上层套管内“铁-铁”硬摩擦的减阻措施,实践证明,固体润滑剂比液体润滑剂效果更佳。

下放或回收作业状态下超深水钻井隔水管轴向动力分析

以水深1 828.8m的超深水钻井隔水管为例,对下放或回收作业状态下隔水管的轴向动力进行了分析,研究了不同浮力块配置下隔水管轴向张力波动特性,并推荐了适当的浮力块配置,所得结论对于超深水钻井隔水管的结构设计具有参考意义。

深水钻井隔水管耦合系统分析(英文)

对于深水系泊钻井系统而言,移动式海洋钻井装置与细长结构(系缆、钻井隔水管)之间的耦合效应在预测浮体运动及钻井隔水管响应时起决定性作用。文中建立了深水系泊钻井系统的全耦合有限元模型,考虑波频与低频环境载荷,对系统进行了非线性时域分析。分析表明,由低频浮体运动激励的低频隔水管动态响应可对深水钻井隔水管设计产生重要影响。常规方法将低频浮体运动作为准静态效应考虑,对于连接在锚泊钻井装置上的深水钻井隔水管而言是不精确的。

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。

无隔水管钻井液返回管线对接接头设计与分析

钻井液返回管线对接接头对无隔水管钻井技术具有重要意义,由于国内无隔水管钻井技术发展缓慢,钻井液返回管线对接接头的研发尚处于起步阶段。鉴于此,针对南海1 500 m作业水深无隔水管钻井系统,设计了钻井液返回管线对接接头;同时提出无隔水管钻井液返回管线张紧力计算公式,计算了返回管线对接接头的张紧力载荷,并利用ANSYS有限元分析软件分别从张紧力载荷与海流载荷2种受力工况进行对接接头的强度校核。分析结果表明:对接接头满足无隔水管钻井工艺要求,强度符合要求,结构安全可靠;随着钻井液密度的增大,返回管线内径越大,对接接头所承受的应力越大。所得结果可为无隔水管钻井技术关键设备的设计提供理论依据。

浮式钻井装置隔水管张紧系统研究

针对浮式钻井装置的隔水管张紧问题,提出了几种解决方案,并对方案的补偿原理做了分析研究,同时也对DAT隔水管张紧系统设计作了阐述。

无隔水管钻井液举升泵速度调节数学模型

为增强无隔水管钻井井口压力控制效果,通过试验验证了叶片圆盘泵在一定转速范围内满足比例定律,在此基础上对叶片圆盘泵不同转速下的扬程与流量特性进行分析,建立叶片圆盘泵速度调节的数学模型。通过试验数据确定模型有关参数,将模型计算的转速与试验转速进行对比。对比结果表明,模型计算的转速与试验转速很接近,这表明该速度调节数学模型用于无隔水管钻井叶片圆盘泵速度调节具有较高的精度。

深水钻井隔水管系统关键技术研究与发展建议

针对深水钻井隔水管系统特点,分析了隔水管接头设计、隔水管材料、隔水管焊接、挠性接头挠性元件制造、隔水管试验和隔水管系统管理等关键技术,重点阐述了国内在隔水管关键技术研究方面取得的进展和突破,包括具有自主知识产权的隔水管接头快速连接技术、深水隔水管法兰接头用材料X80J、隔水管用X80级埋弧焊直缝钢管、高承载耐疲劳挠性元件制造、大直径厚壁管体全熔透焊接、隔水管载荷装置开发、隔水管系统管理等,对相应关键技术进行总结,并从加快隔水管系统自主配套出发,提出了若干建议。

防台风钻井隔水管系统近海面脱离总成分析

在防台风钻井隔水管近海面脱离总成工作原理及结构研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS对近海面脱离总成进行分析,利用应力线性化方法对近海面脱离总成的承载能力进行了评估。分析结果表明,上脱离器最危险截面为法兰辅助管线孔处,下脱离器最危险截面为下脱离器与卡块接触的支撑凸块处,卡块最危险截面为卡块圆弧段与长方体段接触截面。该项研究结果可为防台风钻井隔水管近海面脱离总成的设计、结构优化以及样机制造提供参考。

海洋钻井隔水管-钻井液横向耦合振动特性

针对钻井隔水管与钻井液在上返流动状态下的震动问题,推导了横向耦合振动的微分方程,通过方程求解得出了耦合振动的动力响应表达式及耦合振动下隔水管最大振动位移,并讨论了顶张力、隔水管壁厚、钻井液上返流速、水深、波高、波浪周期对隔水管横向振动位移的影响。结果表明:考虑钻井液流动条件下得到的隔水管横向最大振动位移要大于不考虑钻井液流动时计算结果;最大横向振动位移随顶张力及水深的增大而减小,随环空钻井液返速及波高的增大而增大,当隔水管壁厚及波浪周期变化引起隔水管横向振动固有频率与波浪横向振动频率相接近时,隔水管的横向振动位移将急剧增大,对隔水管的安全设计与评估具有一定的参考价值。

钻井船漂移状态下隔水管-井口系统安全分析

常规钻井平台位置警戒圈根据隔水管的静态分析方法确定,无法考虑风、浪、流等载荷作用下平台的运动轨迹,也不能确定平台达到极限位置的时间,存在一定的局限性。为此,建立了基于钻井平台-隔水管-水下井口系统的动态耦合方法,采用FLEXCOM软件建立了钻井平台漂移分析的有限元模型,得出平台动态漂移轨迹与漂移情况下隔水管-井口系统的载荷状态,并结合平台应急解脱作业的响应时间,提出了钻井船允许的漂移时间和漂移距离的计算方法。分析结果表明:漂移分析模型综合考虑了风、浪、流等载荷的影响,能够动态预测平台动力定位失效情况下钻井船的漂移轨迹;在隔水管-井口系统的选型设计时,要针对具体井开展漂移分析计算,根据计算结果评估漂移时间和距离是否满足平台响应的时间要求,根据分析确定限制因素,针对性地采取强化措施。所得结论对于保证深水钻井隔水管系统和水下井口系统的完整性具有重要意义。

深水钻井隔水管张紧系统反冲控制仿真研究

隔水管张紧系统能够克服浮式平台/船升沉运动对隔水管的影响,为隔水管提供近于恒定的顶部张紧力,因此隔水管系统中存储大量能量。在隔水管底部总成与水下防喷器紧急脱离时,能量释放会产生反冲,若反冲得不到有效控制,会导致隔水管与平台碰撞或隔水管丢失等严重事故。为研究隔水管反冲的动态过程并验证反冲控制系统设计的合理性,对3658 m水深隔水管张紧系统搭建了仿真模型,针对紧急脱离工况进行模拟,设计了反冲控制算法。通过仿真得到张紧液缸运动曲线以及防反冲阀主阀的流量曲线。研究结果表明:在紧急脱离工况下,PLC以预编程模式控制防反冲阀主阀的节流速度,使系统在行程末端达到稳定状态;主阀开度控制曲线是隔水管反冲控制的主要影响因素,优化主阀开度曲线可优化反冲相应过程。研究结果对于深水钻井隔水管张紧系统的现场安全应用具有一定的指导作用。

1830m超深水钻井隔水管系统分析

以1830m超深水井为研究对象，进行钻井隔水管系统详细配置，建立隔水管系统有限元分析模型，校核隔水管系统的静强度、动强度和不同悬挂模式的安全性，计算隔水管系统波致和涡激疲劳损伤。结果表明，隔水管系统最大应力发生在隔水管与伸缩节连接处，隔水管系统静态和动态强度满足要求，软悬挂相对于硬悬挂具有更大的可靠性，隔水管系统波致和涡激疲劳损伤较小，疲劳寿命安全余量较大。