摘要：水下井口稳定性是影响深水浅层钻井作业安全的关键问题。总结了近年来国内外井口稳定性研究进展,主要分析了导管参数、土质性质、工程参数、环境载荷等因素对井口竖向、横向稳定性的影响,以及减少或避免出现井口稳定性问题而设计的水上防喷器系统、吸力桩井口基础装置、组合导管基础装置、导管承载力加强装置等特殊井口装置系统。本文研究成果可为我国深水钻井水下井口稳定性研究提供借鉴。

摘要：井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度研究。基于井口吸力桩贯入阶段力学模型,考虑沉贯阻力和极限吸力,建立了井口吸力桩极限贯入深度模型。结合南海西部X井位工程实例,开展了井口吸力桩表层建井设计,计算了直径为6 m的井口吸力桩贯入过程中的阻力,给出了井口吸力桩极限吸力设计参数。计算结果表明:在南海西部X井位安装井口吸力桩,其极限吸力的主要限制因素为临界吸力和水泵吸力;极限贯入深度主要受土质类型和强度、临界吸力的影响,强度高和渗透性好的土体会导致极限贯入深度减小;X井位井口吸力桩极限贯入深度为26.75 m。本文极限贯入深度的计算分析可为井口吸力桩的设计和现场施工提供技术参考。

摘要：在深水油气、天然气水合物钻探过程中,建立井口是保证钻井作业安全和时效的关键。吸力桩建井作为一种新型建井模式是目前世界海洋工程领域的研究热点,研究吸力桩建井模式对提高深海建井技术创新和提升建井效率具有重要作用。吸力桩建井模式主要依靠负压作用来安装吸力桩,对土壤扰动小,能大幅度提高井口承载力,入泥深度相比传统建井模式大大减小;吸力桩还能够扩展容纳多个井口,结合井筒预斜设计可以克服软地层造斜难题。介绍了吸力桩建井的工艺流程,给出了吸力桩和井筒的设计方法,并利用南海某深水井场的土质参数设计了适用于该井场的吸力桩和井筒。设计计算结果表明,吸力桩建井模式能够很好地适应于该南海深水井场。研究表明,吸力桩建井模式为深海资源勘探开发建井提供了新的技术途径。

摘要：水下采油树过流通道的稳态及非稳态传热特性对其流动保障设计和后期开井、修井非常重要,目前仍存在模型不完善、温降规律认识不清等问题。以南海某气田水下采油树为例,建立过流通道传热温度场的分析模型和径向温度分布函数,揭示过流通道在油气生产和关井8 h内的温变规律,形成水下采油树过流通道的温降效应计算分析方法。为降低水下采油树因低温高压生成水合物的风险,探讨深度1500 m工况下不同热导率及厚度的保温材料的保温性能。结果表明稳态工况下过流通道内流体的平均温度和内部油气温度基本一致;非稳态关井后8 h内过流通道内部油气温度与海水温度基本接近,但0~0.3 h为温度骤降区,热量交换最为剧烈,0.3~4 h为缓降区,4~8 h逐渐趋于稳定;基于南海某1500 m气田的环境参数,5 mm的保温层可满足保温要求。

摘要：为了验证多层密闭环空热膨胀压力预测模型的准确性和适用性,更深入地探究油气井筒传热与环空压力之间的关系,有必要开展全尺寸环空压力模拟实验研究。通过设计符合油气井身结构特点和现场工况的双环空井段实验装置,模拟高温热流体在不同循环温度、循环流量和循环时间的条件下对密闭环空温度和压力造成的影响,分析实验中环空压力随温度增量的变化关系,验证理论模型结果的适用性。结果表明:双环空升温阶段,A环空比B环空升温增压速率更快,温度压力峰值更高;由于环空流体中含有部分无法消除的可压缩溶解气体,导致环空压力上涨幅比环空温度要小;提出环空压温比的概念来评估环空流体产生压力的能力大小,其中纯水受热膨胀产生的环空压温比最高,自然散热前期环空压温比更能反映流体产生热膨胀压力大小;实验测试数据与模型计算结果偏差均在10%以内,满足理论和现场实际需求。可见在实际计算中应该参考实验数据,考虑环空流体特性和气体压缩性质,提高预测精度。

摘要：泵站压力钢管的扬水支管与主管的设计合理性会直接影响到水利枢纽的安全运行,亚洲最大的黄金峡水利枢纽泵站压力钢管的扬水支管与主管采用斜交布置方案,水头损失小,工作能耗低;扬水支管与主管采用月牙肋岔管的连接方式受力合理;CATIA中采用参数化建模提高了设计效率;为了更接近实际的受力状态,文章在对岔管进行相关有限元分析计算时,选用了实体单元对肋板进行模拟,使结果更加精细与合理。文章取得的研究成果对水利枢纽泵站压力钢管的设计与施工提供了一定参考,也可对今后国内外其他类似工程提供技术与经验支撑。

摘要：赤几海域深水表层钻井导管下入难度大,针对该海域土质特点开展喷射钻进技术研究,指导深水钻井导管高效安全下入。以赤几S-X井为例,对海域土质特性进行分析,研究了深水钻井导管喷射安装的适用性。分析了喷射最危险工况,计算该条件下最大载荷,结合Φ914.4mm导管实时承载力,推荐了喷射下入钻井导管最小入泥深度。通过对赤几深水井身结构和钻具组合的研究,对钻头伸出量进行计算。研究了在满足下入时效和承载力恢复的条件下,满足携岩能力的最小排量。根据下入管柱和土质特点,计算了钻井导管钻进的初始钻压。根据现场施工记录,对设计的钻头伸出量、喷射排量和入泥深度进行了钻后评估。赤几S区块钻井导管喷射施工作业范围为泥线下0~246m,推荐赤几S-X井喷射下钻井导管最小入泥深度为91.5m,钻头伸出量为127.0~152.4mm,排量为63L/s,初始钻压为755kN。钻后评估分析得到喷射排量选择较小是钻井导管下入遇阻的重要原因之一。海外赤几S-X井成功喷射施工表明,喷射施工参数设计推荐值和实际匹配度高,现场实践应用良好,标志着我国深水钻井导管高效下入技术商业化应用迈入成熟阶段。

摘要：吸力桩筒形基础作为海洋深水油气建井的海底井口承载力支撑结构,可以在结构下入海底地层10~20 m深度范围提供足够的承载力,成为未来深水油气建井的新方法。通过吸力桩安装过程井口稳定性分析,建立了根据吸力桩结构和地层参数特征的吸力桩建井承载力及井口稳定性计算模型。模拟实验结果表明:吸力桩的长度、直径及安装完成后的时间效应是影响吸力桩井口承载力的主要因素;在其他条件相同的工况下,吸力桩直径越大、下入地层深度越大、安装完成后承载力恢复时间越长,井口承载力及稳定性越高;模拟实验结果与理论计算结果相对误差约5%,验证了理论计算模型的可靠性。本文研究成果可为吸力桩建井结构优化设计及施工安装提供理论指导。

摘要：针对深水油气开发中因密闭环空压力升高而导致的套管挤毁、破裂等问题,研制了一种深水井套管环空泄压装置,并对其进行了性能测试和现场应用。该泄压装置以高精度破裂盘为核心部件,利用爆破片材料能瞬时泄压的特性,释放环空高压膨胀流体,消除套管环空压力升高带来的危害。破裂盘阀体选用SS316不锈钢,爆破片选用NS312镍铬合金,采用普通正拱形结构,最高设计破裂压力36.6 MPa;破裂盘套管短节采用双孔泄压设计,以防破裂失效。室内性能测试结果显示,破裂盘结构完整,耐温性能、时效稳定性好,能满足工程中0.80倍设计破裂压力条件下的稳压要求;实测破裂压力符合制造范围偏差±3.0%的设计要求;同时,随着流体介质温度升高,破裂压力降低,降低幅度不超过5.0%,小于破裂压力允值,满足现场应用需求。深水井套管环空泄压装置在南海东部某区块3口深水井进行了应用,均取得良好的应用效果,投产至今未出现由于环空压力升高导致的井下故障。研究表明,深水井套管环空泄压装置达到了预期的环空压力控制和管理的目的,可保障井筒安全。

摘要：随着陆地油气产量趋于平稳并呈现下降趋势,浅海油气勘探也逐渐逼近顶峰,深海必将成为油气勘探开发的重要方向。深海浮式钻井装置采用常规的钻入法、喷射法下入表层导管时往往会出现一些难以解决的问题。水下打桩对海底土造成的扰动较小,表层导管可获得更大的承载力和井口稳定性。针对深水区块的海底地质调查资料和常用的钻井导管规格,利用有限元方法分析了深水水下打桩工况下表层导管的强度能否满足设计要求,以期为深水表层导管打桩施工提供指导。