深水钻井隔水管连接作业窗口分析

2016-03-14王祝石油集团海洋工程有限公司钻井事业部天津300280

化工管理 2016年34期

关键词：挠性深水井口

王祝(石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津 300280)

深水钻井隔水管连接作业窗口分析

王祝(石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津 300280)

随着石油资源日益枯竭，深水油气开发已经成为主要领域，在深海石油勘探与开发中，钻井隔水管是应用较为广泛的工具，也是决定深水钻井成功与否的关键，因此做好钻井隔水管研究，有着现实的意义，本文笔者对深水钻井隔水管连接作业窗口，做了简单的论述。

深水；钻井隔水管；连接作业窗口

作业窗口的主要作用是确保隔水管可以正常钻井，同时是连接非钻井与启动脱离程序的重要界限，可以给不同钻井阶段提供决策指导，使得隔水管可以发挥出其最大作用。作业窗口主要分为钻井平台偏移、风浪组合载荷等形式。

1 隔水管连接作业窗口分析模型

(1)隔水管连接作业模型以南海完井作业为例，隔水管连接作业系统，即钻井平台-隔水管-钻井井口，在这个系统中包括浮式钻井装置、接头，还有伸缩节、钻井隔水管，以及LMRP、采油树与井口、导管、土壤等。

计算模型分析：该计算模型的上部边界，在上挠性接头和张紧器位置处终止，其中浮式钻井装置，主要是利用其运动，以此强迫位移边界，该装置要设置在挠性接头与张紧器上；该模型的下部边界，在导管与土壤位置处终止，在完井作业时，水下井口系统需要承受各种压力，包括由于隔水管底部的挠性接头位置，所产生的横向作用力，以及竖向作用力；由防喷器与套管柱，做产生的重力；由防喷器和井口，承受的横向海流力，所带来的压力；土壤(泥线以下)给套管，带来的承载力，包括横向与纵向承载力；LMRP/BOP组带来的压力，主要是因为井口发生倾斜，最终产生附加弯矩，所造成的压力。

(2)隔水管连接作业窗口模型分析在这次完井作业中，使用有限元分析软件(ABAQUS)，来建立隔水管连接作业窗口模型分析模型，即隔水管-井口系统的有限元分析模型，在模型构建的过程中，要做好各项数据计算工作，包括要确定隔水管在作业过程中，所需要的张紧力，确定后将其作为集中力，并将其施加在隔水管顶部，需要注意的是技术人员需要根据相关的理论模型，以及数据的具体算法，确保模型的各项数据的准确性。

除此之外做好各项模拟试验，以此确保隔水管作业的质量，确保其性能可以满足作业的需求，譬如：可以采用管单元，来模拟隔水管柱，做好隔水柱模型分析；使用弹簧单，来模拟导管与土壤之间的作用力，分析隔水管所承受的压力；使用AQUA模块，来模拟并分析波流载荷给隔水管造成的压力；同时还可以使用管单元，用来模拟井口，或者导管、水泥环、表层套管等，做好窗口模拟分析，以此确保隔水管连接作业窗口的应用效率。

2 隔水管连接作业窗口准则与流程

在不同的作业模式下，限制隔水管连接的因素不同，其中主要有顶部、接头转角、隔水管最大效应力、导管最大效应力等。在连接钻井作业模式下，其顶部挠性接头的最大转角为2°、底部挠性的最大转角为2°、最大等效力和屈服强度的比值为0．67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为0．67、冲缩节冲程不超过19．8m。

在连接非钻井模式时，其顶部挠性接头的最大转角为9°、底部挠性的最大转角为9°、最大等效力和屈服强度的比值为0．67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为0．80、冲缩节冲程不超过19．8m。在启动脱离作业模式下，其顶部挠性接头的最大转角为9°、底部挠性的最大转角为9°、最大等效力和屈服强度的比值为0．67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为1．00、冲缩节冲程不超过19．8m。在确定连接流程时，还需要做好工况划分，计算与分析，确定最终的连接作业窗口。

3 影响隔水管作业窗口的因素

首先，顶张力因素。在张力比倍数较大，则隔水管钻井的作业窗口，也就越大，相反连接非钻业窗口就越小，而且启动脱离程序的窗口也就越小。产生这一情况，主要是由于顶张力越大，可以进一步提高隔水管的抗弯刚度，同时可以减少挠性接头的转角，使得钻井窗口平台的偏移值增家，同理得知顶张力大，则导管底部的弯矩大，连接非钻井的窗口小，启动脱离程序的窗口小。

其次，钻井业密度因素。根据工程实例数据表明，当钻井液的密度增加，随之隔水管钻井的窗口则会变小，相反连接非钻井窗口会增大，启动脱离程序的窗口也会增大。换言之，钻井的窗口大小变化如下：当钻井液的密度增大时，隔水管的底部张力，则会变得越来越小，而隔水管的抗弯刚度也会越来越小，进而使得隔水管的转角越来越大，最终造成钻井窗口的平台最大偏移值变小。对于启动脱离程序连接窗口与连接非钻井窗口来说，当钻井液的密度增加时，隔水管的张力则会变小，当钻井液的密度增加时，隔水管的有效张力则会减小，使得导管底部的弯矩变小，最终造成连接窗口变大。