導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 礦山安全論文>>正文

深水鉆井表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)

文檔作者：羅俊豐楊進(jìn) 嚴(yán) 德田瑞瑞文檔來(lái)源： 1．中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 2．中國(guó)石油大學(xué)(北京) 3．中海油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理深圳分公司)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年02月21日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大小： 1010.58 KB 共4頁(yè)	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁(yè)]

本文件共4頁(yè)，如需編輯使用，請(qǐng)下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問(wèn)題，下載是正常的。

	文件大?。?010.58 KB 共4頁(yè) 文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

上一篇：海則廟煤礦工業(yè)廣場(chǎng)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及治理…

文本預(yù)覽

僅提取頁(yè)面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

2014年第42卷第4期
石 油機(jī)械
CHINA PETR0LEUM MACHINERY
海洋石油裝備
深水鉆井表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)
羅俊豐 楊 進(jìn) 嚴(yán) 德 田瑞瑞
(1．中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 2．中國(guó)石油大學(xué)(北京) 3．中海油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理深圳分公司)
摘要：針對(duì)目前深水鉆井表層導(dǎo)管噴射隨鉆下入工藝中，設(shè)計(jì)安全等候時(shí)間窗口時(shí)無(wú)理論計(jì)
算模型依據(jù)，存在作業(yè)盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性的現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)表層導(dǎo)管噴射受力和側(cè)向摩擦力進(jìn)行分析，
建立了安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)模型。該設(shè)計(jì)模型表明，在噴射管串重力已知的情況下，海底土質(zhì)
不排水抗剪強(qiáng)度和承載力時(shí)間效應(yīng)模型為準(zhǔn)確設(shè)計(jì)導(dǎo)管安全等候時(shí)間窗口的重要影響因素，在不
同海域和土質(zhì)條件下需分別考慮。深水鉆井表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)方法已在我國(guó)南
海荔灣、流花、白云以及海外剛果、赤道幾內(nèi)亞等多個(gè)深水區(qū)塊得到了成功應(yīng)用，不僅保證了表
層導(dǎo)管噴射施工的安全性，而且確保了較高的作業(yè)時(shí)效性。
關(guān)鍵詞：深水鉆井；表層導(dǎo)管；噴射；靜置；抗剪強(qiáng)度；等候時(shí)間窗口
中圖分類號(hào)：TE52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．04．013
Design of the Safety W aiting Time W indow for Surface
Conductor Jet in Subsea Drilling
Luo Junfeng Yang Jin Yan De Tian Ruirui
(1．CNOOC Shenzhen Branch 2．China University of Petroleum，Beifing 3．Shenzhen Branch，CNOOC Energy Technology&amp;amp;
Services—Supervision&amp;amp; Technology Co．，Ltd．)
Abstract：Currently there is no theoretical calculation model basis for the design of safety waiting time window
in running—while-drilling technology for surface conductor jet in subsea drilling．Moreover，there exist blindness and
risk in operation．Therefore，through an analysis of jet force and lateral frictional force of surface conductor，the de．
sign model of safety waiting time window was established．The model shows that when the weight of jet pipe string is
given，the seabed soil undrained shear strength and loading force time effect model is an important factor in the pre—
cise design of conductor safety waiting time window．They should be considered respectively in different sea areas
and soil conditions．The method to design the waiting time window was successfully used in several deepwater blocks
in Liwan，Liuhua and Baiyun of the South China Sea and other countries such as Congo and Equatorial Guinea．It
ensures the safety of surface conductor jet operation as well as the high operating eficiency．
Key words：snbsea drilling；surface conductor；jet；standing；shear strength；waiting time window
0 引 言
表層導(dǎo)管噴射隨鉆下人技術(shù)是深水淺層鉆井的
技術(shù)之一，該技術(shù)有效解決了導(dǎo)管找不到井口和低
溫環(huán)境下固井的難題¨ 。噴射安全等候時(shí)間窗口
是指表層導(dǎo)管人泥到位后至解脫管串繼續(xù)二開鉆進(jìn)
的時(shí)問(wèn)，又稱為導(dǎo)管浸泡時(shí)間。合理的等候時(shí)間窗
口能在保證導(dǎo)管作業(yè)安全的基礎(chǔ)上提高鉆井時(shí)效。
等候時(shí)間過(guò)短導(dǎo)管無(wú)法獲得足夠的承載能力，存在
下沉失去井口的風(fēng)險(xiǎn)；等候時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)降低作業(yè)
時(shí)效。
$ 基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究” (2011ZX05026—001—04—20120523)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)
目“深水鉆井表層導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)機(jī)理研究”(51274215)。
石 油機(jī)械 2O14年 第42卷 第4期
目前，針對(duì)深水鉆井噴射隨鉆下人技術(shù)的研究
主要集中在表層導(dǎo)管水力噴射機(jī)理分析、入泥深度
設(shè)計(jì)和鉆頭伸出量計(jì)算等方面，未見關(guān)于噴射安全
等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)和優(yōu)化的研究報(bào)道 ，而在
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)時(shí)根據(jù)以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，有的作業(yè)者
為節(jié)省時(shí)間，等候時(shí)間設(shè)計(jì)過(guò)短(<1．0 h)，導(dǎo)致
井口失穩(wěn)等事故，有的則將等候時(shí)間設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)
(>5．0 h)，影響了作業(yè)時(shí)效。筆者通過(guò)理論研究
和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)分析，對(duì)表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)
間窗口進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化研究，建立理論計(jì)算模型，
以期為深水鉆井作業(yè)提供參考。
l 受力模型分析
圖1為表層導(dǎo)管噴射到位時(shí)受力工況示意圖。
1一鉆桿；2一送人工具；3- 防沉板；4一噴射管柱；5-表層導(dǎo)管。
圖1 表層導(dǎo)管噴射到位時(shí)受力工況示意圖
Fig．1 Diagram of force condition after
Sllrface conductor jet in place
表層導(dǎo)管噴射到位時(shí)，由鉆桿上提力、導(dǎo)管側(cè)
向摩擦力和端部承載力來(lái)提供表層導(dǎo)管所需要的豎
向承載力。表層導(dǎo)管噴射到位時(shí)的受力平衡方程表
示為：
P+Q側(cè)+Q端=G導(dǎo)管+G送人工具+G防沉板+G管柱
(1)
式中P— —鉆桿上提力，kN；
Q側(cè)——側(cè)向摩擦力，kN；
Q端—— 端部承載力，kN；
G導(dǎo)管—— 表層導(dǎo)管重力，kN；
G送人工具—— 送人工具重力，kN；
G防沉板—— 防沉板重力，kN；
G管柱——噴射管柱重力，kN。
當(dāng)表層導(dǎo)管在地層中靜置一定時(shí)間后，噴射管
柱與送人工具解脫，進(jìn)行二開井眼鉆進(jìn)。圖2為表
層導(dǎo)管噴射解脫后受力工況示意圖。此時(shí)，表層導(dǎo)
管、防沉板及送入工具的重力完全由導(dǎo)管側(cè)向摩擦
力和端部承載力來(lái)承擔(dān)。由于底部表層導(dǎo)管壁厚比
較薄，通常為25．4 mm，且二開鉆進(jìn)時(shí)會(huì)把表層導(dǎo)
管串底部地層沖刷掉，所以導(dǎo)管端部承載力可忽略
不計(jì)。表層導(dǎo)管噴射解脫后的受力平衡方程為：
Q側(cè)=G導(dǎo)管+G送入工具+G防沉板 (2)
由式(2)可知，表層導(dǎo)管、送人工具及防沉
板重力全部由導(dǎo)管側(cè)向摩擦力來(lái)承擔(dān)，表層噴射到
位后靜置時(shí)間越長(zhǎng)，其側(cè)向摩擦力越大，但會(huì)降低
作業(yè)時(shí)效。因此，側(cè)向摩擦力是表層導(dǎo)管安全時(shí)間
窗口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。
1一鉆桿；2一送人工具；3一防沉板；4一噴射管柱；5一表層導(dǎo)管。
圖2 表層導(dǎo)管噴射解脫后受力工況示意圖
Fig．2 Diagram of force condition after
surface conductor jet release
2 表層導(dǎo)管側(cè)向摩擦力分析
將表層導(dǎo)管當(dāng)作一個(gè)開口的圓柱形樁基，根據(jù)
樁基設(shè)計(jì)規(guī)范，忽略其端部承載力，可得到表層導(dǎo)
管的側(cè)向摩擦力計(jì)算公式：
Q側(cè)=7rDLf (3)
式中D—— 表層導(dǎo)管直徑，m；
— — 泥面以下表層導(dǎo)管長(zhǎng)度，m；
一表層導(dǎo)管單位面積摩擦力，kPa。
表層導(dǎo)管噴射法鉆進(jìn)時(shí)鉆頭未直接切削地層，
而是由水射流沖刷海底土層，土層受到大排量水射
流沖擊作用，在土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力并發(fā)生剪切破
壞。深水表層導(dǎo)管噴射的實(shí)質(zhì)為，高壓噴射水射流
水動(dòng)力作用下的飽和水土體破壞和運(yùn)移形成鉆孔，
使得表層導(dǎo)管順利人泥。表層導(dǎo)管噴射人泥到位
2Ol4年 第42卷第4期 羅俊豐等：深水鉆井表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)
后，周嗣土體逐漸回填密實(shí)包裹住管體，隨著時(shí)間
的延長(zhǎng)，土體與表層導(dǎo)管之間的單位表面摩擦力增
大。深水海底淺層土質(zhì)多為飽和軟粘土，因此表層
導(dǎo)管側(cè)向摩擦力計(jì)算問(wèn)題即為飽和軟粘土樁基承載
力時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題“ 。參考同內(nèi)外研究成果，考
慮時(shí)間效應(yīng)的飽和軟粘土樁基承載力可表示為：
Q刪=丌D，J(alnt+b)5 (4)
式f}1 s，——土體不排水抗剪強(qiáng)度，kPa；
— — 表層導(dǎo)管靜置時(shí)間，h；
n、6— — 承載力時(shí)間效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與土質(zhì)
情況相關(guān)，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)求得。
根據(jù)雪佛龍和哈斯基等同外石油公司在南中國(guó)
海的表層導(dǎo)管噴射作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，反演噴射施T過(guò)程中
表層導(dǎo)管往復(fù)運(yùn)動(dòng)上提力與時(shí)間的關(guān)系，得到承載
力時(shí)間效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0=0．040、b=0．023。由此
|_f得南巾同海深水鉆井表層導(dǎo)管側(cè)向單位面積摩擦
力時(shí)問(wèn)效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如?所示。
圖3 南中國(guó)海深水鉆井表層導(dǎo)管側(cè)向
單位面積摩擦力時(shí)間效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?
Fig．3 Empirical model of lateral unit area friction time effect
of S|lhse~drilling surface conduelor in South China Sea
3 安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)模型
聯(lián)立表層導(dǎo)管噴射解脫l丁況下的表層導(dǎo)管受力
平衡方程(2)和考慮時(shí)間效應(yīng)的飽和軟粘土樁基
承載力汁算公式(4)，得到表層導(dǎo)管噴射安全等
候時(shí)問(wèn)窗u設(shè)計(jì)模型，即：
T：e p一f 塑 L 一 l6l1 (5)
,rraDLS Ⅱ ／
式rf1 卜等候時(shí)間窗t-J，h。
從式(5)可以看出，表層導(dǎo)管安全等候時(shí)間
窗u設(shè)計(jì)與導(dǎo)管重力、送入工具重力、防沉板重
力、土質(zhì)不排水抗剪強(qiáng)度和承載力時(shí)間效應(yīng)模型等
參數(shù)密切相關(guān)，其中導(dǎo)管重力、送入T具重力、防
沉板重力等參數(shù)可根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)準(zhǔn)確求得。因此，
土質(zhì)不排水抗剪強(qiáng)度和承載力時(shí)間效應(yīng)模型為準(zhǔn)確
設(shè)計(jì)導(dǎo)管安全等候時(shí)問(wèn)窗LJ的重要影響因素。
4 設(shè)計(jì)實(shí)例
LH—A井位于南中國(guó)海東部，水深l 000 m，
采用 14．4 ITlrn表層導(dǎo)管噴射法施T，設(shè)計(jì)入泥
深度72．0 m。T程勘察單位提供的海底淺層土質(zhì)
參數(shù)如表1所示。
表l 海底淺層土質(zhì)參數(shù)
Table 1 PHramet rs 0f s Bbed sha11ow soil
根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)‘中提供的表層導(dǎo)管、防沉板和送
入丁具等參數(shù)和土質(zhì)參數(shù)，采用南中同海深水鉆井
表層導(dǎo)管側(cè)向單位表面摩擦力時(shí)間效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?
求得噴射管柱與送人T具解脫后載荷和靜置不同時(shí)
間條件下導(dǎo)管的承載力關(guān)系，如圖4所示。由圖可
知，在保證人泥深度值不小于72．0 111的情況下，
表層導(dǎo)管解脫送入T具的安全等候時(shí)間為噴射到位
后的3 h，即安全等候時(shí)問(wèn)窗口應(yīng)大于3 h。
量
＼
一
《
媸
85
90
95
00
承載力／kN
0 500 l 000 1 500 2 000 2 500
1、 ＼
，
l
| }{j ＼
。刪 ＼、 解 脫／ 時(shí) 載荷
Il t 1． ＼ ／ ，
|． 4 l ＼ ＼<
I． L ＼
． { l ＼
|． || l ＼ 、
|
＼ I 、
t I． ＼
I h?！癫? h‘●‘j h—．-4 h 5 h?！觥? h ，I1一一 h
圖4 表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)圖版
Fig．4 Design chan of safety waiting time
window for surface conductor jet
LH—A井表層導(dǎo)管實(shí)際噴射入泥深度為72．2
m，噴射到位后解脫送入工具的等候時(shí)間為3 h，
鉆井過(guò)程中表層導(dǎo)管未出現(xiàn)下沉和傾斜等復(fù)雜情
況，確保了作業(yè)安全。
深水鉆井表層導(dǎo)管噴射安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)
方法已在我國(guó)南海荔灣、流花、白云以及海外剛
果、赤道幾內(nèi)亞等多個(gè)深水區(qū)塊得到了成功應(yīng)用。
石 油機(jī)械 2014年 第42卷 第4期
通過(guò)跟蹤數(shù)十口井的作業(yè)數(shù)據(jù)可知，表層導(dǎo)管現(xiàn)場(chǎng)
作業(yè)噴射到位后解脫送入工具的等候時(shí)問(wèn)與設(shè)計(jì)時(shí)
間窗口很接近，同時(shí)也避免了等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)過(guò)
于保守的情況，保證了較高的作業(yè)時(shí)效。
5 結(jié)束語(yǔ)
安全等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)是深水鉆井表層導(dǎo)管噴
射施工的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，合理的等候時(shí)間窗口設(shè)計(jì)
能在保證表層導(dǎo)管獲得充分地層承載能力和作業(yè)安
全性的前提下有效提高鉆井時(shí)效。在噴射管串重力
已知的情況下，海底土質(zhì)不排水抗剪強(qiáng)度和承載力
時(shí)間效應(yīng)模型是準(zhǔn)確設(shè)計(jì)導(dǎo)管安全等候時(shí)間窗口的
重要影響因素。筆者基于理論分析建立了安全等候
時(shí)間窗口設(shè)計(jì)模型，并將該模型在我國(guó)南海荔灣、
流花、白云以及海外剛果、赤道幾內(nèi)亞等多個(gè)深水
區(qū)塊進(jìn)行應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，這些深水井的表層
導(dǎo)管噴射作業(yè)時(shí)效高，且在后續(xù)鉆井作業(yè)過(guò)程中均
未出現(xiàn)導(dǎo)管下沉失穩(wěn)等情況。
[2]
[3]
[4]
參考文獻(xiàn)
Beck R D，Jackson C W ，Hamihon T K．Reliable dee—
pwater structural casing installation using controlled jet—
ring[R]．SPE 22542，1991．
Jeanjean P．Innovative design method for deepwater sur—
face casings[R]．SPE 77357，2002．
Akers T J．Jetting of structural casing in deepwater envi—
ronments：Job design and operational practices[R]．
SPE 102378， 2006．
Yang Jin，Liu Shujie，Zhou Jianliang，et a1．Research
of conductor setting depth using jetting in the sn~aee of
deepwater[R]．SPE 130523，2010．
簡(jiǎn)訊
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[12]
[13]
Yang Jin，Yan De，Tian Ruirui，et a1．Bit stick—out
calculation for the deepwater conductor jetting technique
[J]．Petroleum Exploration and Development，20 1 3，
40 (3)：394—397．
楊進(jìn)，周建良，劉書杰．深水表層導(dǎo)管鉆井技術(shù)
[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2012．
蘇堪華，管志川，蘇義腦．深水鉆井導(dǎo)管噴射下人
深度確定方法[J]．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)
版，2008，32 (4)：48—5O．
徐榮強(qiáng)，陳建兵，劉正禮，等．噴射導(dǎo)管技術(shù)在深
水鉆井作業(yè)中的應(yīng)用[J]．石油鉆探技術(shù)，2007，
35 (3)：19—22．
劉書杰，楊進(jìn)，周建良，等．深水海底淺層噴射鉆
進(jìn)過(guò)程中鉆壓與鉆速關(guān)系[J]．石油鉆采丁藝，
2011，33 (1)：12—15．
張輝，高德利，唐海雄，等．深水導(dǎo)管噴射安裝過(guò)
程中管柱力學(xué)分析[J]．石油學(xué)報(bào)．2010，31
(3)：516—520．
李雄，劉金礪．飽和軟土中預(yù)制樁承載力Ⅱ|f問(wèn)時(shí)
效的研究[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，1992，l4(4)：9
— 16．
白兵，肖宏彬．軟土T程若干理論與應(yīng)用[M]．
北京：中國(guó)水利水電出版社，2002．
王美云，顧國(guó)榮，陳暉．軟粘土中單樁承載力時(shí)間效
應(yīng)的研究[J]．工程勘察，2005(1)：7—9，14．
第一作者簡(jiǎn)介：羅俊豐，高級(jí)工程師，1989年畢業(yè)于
西南石油學(xué)院鉆井l丁程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆完井技術(shù)研究及管
理工作。地址：(518000)廣東省深圳市。電話：(0755)
26022281。E—mail：luojf@cnooc．corn．cn。
收稿日期：2013—11—27
(本文編輯劉鋒)
西部鉆探首創(chuàng)工具面穩(wěn)定器
截至2014年3月18日，西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司自主研發(fā)的工具面穩(wěn)定器在吉171、吉175等5口井應(yīng)用，成功
率100％ ，定向段提速36．9％以上。該裝置為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，并已申請(qǐng)國(guó)家專利。
定向井鉆進(jìn)時(shí)沿程摩擦力較大，所加鉆壓在途中被吸收，傳輸?shù)姐@頭的]二作鉆壓不穩(wěn)定，不僅影響機(jī)械鉆速，還會(huì)導(dǎo)
致鉆頭早期磨損。為此，西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司研制了工具面穩(wěn)定器。工具樣品先后在3 121井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研
發(fā)人員根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)該丁具進(jìn)行了二次改進(jìn)，進(jìn)一步完善了各項(xiàng)性能，并成功通過(guò)了項(xiàng)目驗(yàn)收。
該工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，操作簡(jiǎn)單方便；工具內(nèi)有油腔，當(dāng)有較大振動(dòng)時(shí)，油腔通過(guò)泄油孑L泄壓，從而可以起
到減振作用，有效地保證了鉆壓恒定。在鉆具遇卡時(shí)，該工具可以對(duì)鉆具進(jìn)行上擊，達(dá)到快速解除復(fù)雜事故的目的。
西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司結(jié)合工具面穩(wěn)定器的特點(diǎn)，形成了配套的工藝技術(shù)，通過(guò)鉆鋌或加重鉆桿，減少了鉆進(jìn)
過(guò)程中的托壓現(xiàn)象，極大地穩(wěn)定了鉆頭所需的鉆壓，提高了定向井機(jī)械鉆速，可縮短鉆井工期和節(jié)約生產(chǎn)成本。
(內(nèi)容來(lái)自中石油鉆井院網(wǎng)站，本刊有改動(dòng))

網(wǎng)友評(píng)論 more

礦山安全論文最新內(nèi)容

02-21