摘要：深水钻井是深水条件下海洋油气工程关键环节之一。与近海浅水钻井不同,深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件,面临"下海、入地"的双重挑战,需要使用浮式钻井作业平台,采用特殊的深水管具系统(包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、套管柱等)、水下智能控制系统等,建立安全稳定的水下井口与钻井系统,具有高科技、高投入及高风险等基本特征。深水钻井管具是实施深水钻井工程不可或缺的基本工具,深水钻井管具系统在服役过程中受到海洋深水环境载荷和作业载荷的作用,表现出复杂的力学行为。通过主要介绍深水送入管柱、深水导管、深水钻井隔水管及深水水下井口等方面的研究进展,对深水钻井管具力学研究与工程实践具有参考价值。

摘要：深水钻井隔水管紧急解脱后的反冲响应是隔水管系统设计分析的重要内容之一。基于多自由度质量—弹簧—阻尼系统,建立了深水钻井隔水管紧急解脱后反冲响应分析的力学模型和控制方程,采用子空间迭代法求解了系统振动的固有频率和主振型,获得了隔水管底部组合(LMRP)紧急解脱后的振动响应曲线,并讨论了张紧器活塞运动振幅及运动频率、解脱初相角、水深和隔水管壁厚对LMRP振动响应时程曲线的影响。结果表明:随着作业水深和张紧器运动幅值的增加,LMRP与水下防喷器发生碰撞的可能性增大;解脱初相角对隔水管反冲响应具有较大影响;顶部张紧器活塞存在某一运动频率最不利于深水钻井隔水管的紧急解脱;壁厚对隔水管反冲特性的影响不大。

摘要：海洋深水油气井测试过程中,高温产液上返时会加热周围套管及多层套管环空内的液体,引起液体在密闭井筒环空中膨胀,产生环空带压。环空带压的存在会改变水下井口疲劳热点处的应力状态,进而对水下井口疲劳损伤产生不利影响,制约了深水油气井长期安全高效运行。为了给深水油气井的长期安全运行提供更加科学的指导,考虑环空液体物性参数、井筒环空液体热膨胀和环空体积变化的耦合影响,建立了水下井筒环空带压计算模型,采用迭代法对环空带压进行了求解,将获得的环空带压施加到水下井口有限元模型上,然后以高压井口头与表层套管的焊缝为研究对象,研究了环空带压条件下水下井口疲劳热点处的应力状态;在此基础上,分析了环空带压、水泥浆返高和高压井口头出泥高度对水下井口疲劳损伤的影响规律。研究结果表明:①环空带压的存在会加剧水下井口的疲劳损伤,压力越高,疲劳损伤越严重;②表层套管外水泥浆返高与泥线的距离越大,水下井口的疲劳损伤越小;③高压井口头出泥高度越大,水下井口疲劳损伤越大。结论认为,有效地控制水下井口的环空带压与合理地设计井身结构,有助于减少水下井口的疲劳损伤。

摘要：水平井钻井与体积压裂完井技术,是页岩气田高效开发的关键核心技术内容之一。中国页岩气田开发同样采用了这套技术,但由于页岩储层、压裂作业等主、客观原因,导致页岩气水平井压裂井筒完整性失效问题比较严重,需要深入揭示其失效机理,创新研发页岩气水平井井筒完整性设计控制等新技术。通过阐述页岩气水平井压裂井筒完整性失效机理与设计控制技术的研究进展,重点介绍了井筒完整性领域的相关创新研究工作,主要内容包括:页岩气水平井体积压裂井筒完整性的失效机理、主控因素及控制技术体系,以及页岩气水平井专用高性能套管与复合管柱设计技术等。研究结果表明,通过多年的创新研究与实践,中国已建立了一套比较行之有效的页岩气水平井专用套管与井筒完整性设计控制技术体系,可为页岩气田大规模开发工程提供相适应的井筒完整性安全保障。

摘要：对四川盆地长宁区块页岩气水平井固井质量的分析结果认为:压裂过程的温度应力及由套管内压周期性变化导致的局部载荷是页岩气井套管变形的主要因素。为此建立了套管在局部载荷作用下应力计算模型,借助有限元数值方法分析了该区块目前使用的套管在局部载荷作用下的受力与变形情况,并讨论了在局部载荷线性增加时,局部载荷范围、套管壁厚、套管外径对现场使用的P110套管受力与变形的影响。结果表明:①载荷范围为45°时的套管变形最大,增加套管壁厚及减小套管外径有利于减小套管变形;②局部等效载荷为40 MPa时的套管径向变形量为4.8 mm,且套管壁厚应大于13 mm才能保证套管不发生屈服变形。通过对现场页岩气井数据的分析,考虑局部载荷作用,认为该区块目前使用的套管壁厚不能满足要求,需要增加壁厚。结论认为,为防止局部载荷的产生、减小套管变形,需要优化井眼轨道设计以合理钻遇天然裂缝发育的岩层,提高固井质量。该研究成果对于页岩气水平井套管设计具有参考价值。

摘要：基于悬链线理论及立管与海床接触模型,建立了一种估算立管疲劳寿命的方法,模型中考虑了深水浮式平台运动过程中立管悬链线形状的变化及触地区域海床接触刚度大小对疲劳寿命的影响。分析表明:浮式平台的运动会引起立管悬链线形状的改变以及立管内部应力的重新分布,这是引起立管疲劳损坏的主要原因;随着海床土体刚度的增大,立管疲劳寿命逐渐降低,为了获得准确的立管寿命,有必要对海底土体进行更为全面细致的研究。通过与现有分析方法比较,本方法具有计算方便快捷,结果可靠等优点。研究可为钢悬链线立管的设计分析提供一定的参考。

摘要：以弹性力学为基础,对套管-水泥环-地层多层组合系统在理想固井状况下受非均匀地应力和均匀内压时的受载特性进行了分析;并依据接触条件和连续条件建立了相应的线性代数方程组,得到了套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解;研究了水泥环厚度、弹性模量、泊松比、套管层数变化对最内层套管外壁径向应力分布规律的影响,并讨论了上述因素对最内层套管外壁径向应力最大值及应力分布非均匀系数的影响。结果表明:上述因素对最内层套管外壁径向应力的分布均有影响;对于具体问题,应综合考虑组合系统的几何、力学参数确定上述参数的最优值。本文研究可为复杂地层套管柱设计及多层复合材料的抗外挤问题提供参考。

摘要：以弹塑性力学为基础,借助复变函数与应力场分解,对页岩气压裂过程中水平段套管-水泥环-地层系统的力学行为进行分析研究,通过接触面上位移连续条件得到了系统各接触表面的受力表达式;以Drucker-Prager岩土屈服条件为破坏准则,得到了水泥环达到屈服时的最大套管内压力,并讨论了套管及水泥环参数变化对系统受力行为的影响规律。计算结果表明:水泥环内表面比套管更容易达到屈服极限,水泥环厚度对水泥环内壁受力影响较小;增加套管壁厚,有利于保护井筒的完整性;套管内径和水泥环弹性模量对水泥环内壁受力影响较大,套管内径和水泥弹性模量越小,则水泥环越安全。研究结果对于页岩气压裂过程中井筒完整性设计控制具有一定的参考价值。

摘要：着眼于中国南海油气工程技术与装备创新发展问题,通过专家咨询调研,梳理了深水油气工程技术与装备发展现状,并将其分成深水油气勘探技术与装备、深水油气田高效开发工程模式、深水钻完井关键技术与装备、深水油气生产与输送关键技术与装备4个领域,构建了相应的4级层次评价模型,运用德尔菲法和权值因子判断法对深水油气工程技术与装备进行了量化分析和重要性排序,并对相应的关键装备系统进行了风险分析。研究结果表明,在深水油气工程中比较重要的技术与装备内容包括:深水油气勘探技术、油气田开发先进井型技术、浮式钻井平台/钻井船总体结构设计制造技术、深水钻井隔水管安装与作业控制技术、水下井口系统设计制造技术及其安全高效安装技术、深水钻完井安全高效作业技术、浮式生产平台总体结构设计制造技术、水下采油树系统设计制造技术及其安全控制技术以及电液复合式控制系统设计制造技术等;深水油气工程装备组成复杂,海洋环境和作业工况恶劣,导致泥浆循环、深水钻井隔水管、水下井口与采油树、油气处理、水下管汇及水下生产控制等系统出现失效的风险较高,可通过优化设计控制降低装备失效概率。

摘要：井口抬升高度对高温气井管柱设计、固井设计以及地面管线设计等至关重要,但套管性能、自由段长度等因素对井口抬升高度影响显著。为阐明井口抬升机理,分析套管性能对井口抬升高度的影响,充分考虑温度对套管力学性能的影响,建立多因素作用下井口抬升高度预测模型,并分析受温度变化影响抬升高度的关键因素。利用文昌气田X井测试管柱实测数据分析不同情况下套管热膨胀系数和弹性模量对抬升高度的影响。结果表明:同时考虑热膨胀系数和弹性模量共同作用的预测模型对井口抬升高度影响最大,与现场实际最为接近,应作为工程分析的首选。研究结果对井口抬升高度预测及油气井安全生产具有重要的指导意义。