深水鉆井導管極限承載力計算分析

李磊（中國石油大學，北京102200）

深水鉆井導管極限承載力計算分析

李磊（中國石油大學，北京102200）

針對海上鉆井導管下入施工實際情況，采用API規范建立了鉆井導管極限承載力計算模型。根據流花4-1油田井場調查土質參數，建立了30英寸和36英寸鉆井導管極限承載力曲線，確保了海上鉆完井作業的安全性。

深水；噴射；導管；入泥深度；鉆具組合

鉆井導管是海上油氣井施工過程中下入的第一層結構管，它為鉆井井口、懸掛套管、采油樹以及防噴器組提供結構支撐。鉆井導管須能夠承受海上鉆井設備、套管以及將來生產、修井作業時強加其上的多種載荷。流花4-1油田水深268.2米，海底淺層土質薄弱，為保證導管能承受鉆完井作業時的各種載荷，確保作業安全，需要根據油田海底淺層土質參數進行承載力分析。

1　海底土質承載力計算模型

對于鉆井導管來說，可以作為一個不帶樁靴的鉆井船樁腿對待。在API規范中可用單樁軸向極限承載力經驗公式，來進行極限承載力計算。

單樁軸向極限承載力計算公式：

式中：Qf—隔水導管樁側壁摩阻力，KN；Qp—隔水導管樁端阻力，KN；f—隔水導管樁側壁單位摩擦力，KN/m2；qu—隔水導管樁底部單位極限阻力，KN/m2；As—隔水導管樁側壁表面積，m2；Ap—隔水導管樁底部截面積，m2。

2　導管在粘性土層中的摩擦力分析

隔水導管打入粘性土層中與土體的摩擦力，可采用API方法2來計算。

式中：δ—粘著系數；當Su小于2.44 KN/m2和大于7.32 t/m2時，δ值分別為1.0和0.5；當Su介于2.44-7.32 KN/m2之間時，δ值會隨Su線性減小。δ值是經驗性的，用此法求得的f值，不應大于20 KN/m2。

3　導管在砂性土層中的摩擦力分析

隔水導管打入砂性土層中與土體的摩擦力，可采用下式計算：

式中：K-地層側壓力系數，對軸向壓縮荷載K=0.5-1.0；P0-有效上覆土壓力，KN/m2；δ-土與樁之間摩擦角，一般取δ=?-5°；?-土的內摩擦角。

4　流花4-1油田鉆井導管極限承載力

根據流花4-1油田井場調查報告，流花4-1油田海域海底土質參數如表1所示。

表1　流花4-1油田海底土質參數

1 2 3 4 5軟到堅固的粉砂質粘土分散的細到中細的粘土質砂層硬到堅硬的粉砂質粘土分散的粘土質砂層及硬的砂質粘土迭層硬到非常堅硬的粉砂質粘土（m）0.0 13.2 18.0 41.2 65.0（m）13.2 18.0 41.2 65.0 75.0（kN/ m3）7.0 8.2 8.4 9.0 8.7 8.9 8.9 10.0 10.0 10.0（kPa）5.3 30.3 Φ=20°，δ=15°，fmax=14.3 kPa Nq= 8，qm ax=1.9M pa 33.1 80.4 Φ=20°，δ=15°，fmax=14.3 kPa Nq= 8，qm ax=1.9M pa 80.4 80.4

根據公式（1）、（2）、（3）所述鉆井導管極限承載力計算模型和流花4-1油田海底土質參數，求得30和36英寸外徑鉆井導管極限承載力如圖1所示。

圖1　流花4-1油田鉆井導管極限承載圖版

有圖1可得知，流花4-1油田在海底入泥75米范圍內30和36英寸鉆井導管極限承載力不超過400噸，36英寸外徑鉆井導管所能獲得的地層承載力要大于30英寸外徑導管。

5　結語

海上鉆井導管極限承載力對海上鉆完井作業安全非常重要，在鉆井導管進行下入施工前，應進行充分的井場地質調查，獲取準確海底淺層土質參數，對導管極限承載力進行計算分析，確保鉆井導管能夠承受海上鉆井設備、懸掛套管以及將來生產、修井作業時強加其上的多種載荷，保證海上施工安全。

［1］楊進，劉書杰，王平雙.海上鉆井隔水導管下入深度理論與控制技術［M］.石油工業出版社.2009-06.

［2］徐榮強，陳建兵，劉正禮.噴射導管技術在深水鉆井作業中的應用［J］.石油鉆探技術，2007，35（3）：19-22.