深水鉆井隔水管連接作業窗口分析

王祝(石油集團海洋工程有限公司鉆井事業部， 天津 300280)

深水鉆井隔水管連接作業窗口分析

王祝(石油集團海洋工程有限公司鉆井事業部， 天津 300280)

隨著石油資源日益枯竭，深水油氣開發已經成為主要領域，在深海石油勘探與開發中，鉆井隔水管是應用較為廣泛的工具，也是決定深水鉆井成功與否的關鍵，因此做好鉆井隔水管研究，有著現實的意義，本文筆者對深水鉆井隔水管連接作業窗口，做了簡單的論述。

深水；鉆井隔水管；連接作業窗口

作業窗口的主要作用是確保隔水管可以正常鉆井，同時是連接非鉆井與啟動脫離程序的重要界限，可以給不同鉆井階段提供決策指導，使得隔水管可以發揮出其最大作用。作業窗口主要分為鉆井平臺偏移、風浪組合載荷等形式。

1 隔水管連接作業窗口分析模型

(1)隔水管連接作業模型 以南海完井作業為例，隔水管連接作業系統，即鉆井平臺-隔水管-鉆井井口，在這個系統中包括浮式鉆井裝置、接頭，還有伸縮節、鉆井隔水管，以及LMRP、采油樹與井口、導管、土壤等。

計算模型分析：該計算模型的上部邊界，在上撓性接頭和張緊器位置處終止，其中浮式鉆井裝置，主要是利用其運動，以此強迫位移邊界，該裝置要設置在撓性接頭與張緊器上；該模型的下部邊界，在導管與土壤位置處終止，在完井作業時，水下井口系統需要承受各種壓力，包括由于隔水管底部的撓性接頭位置，所產生的橫向作用力，以及豎向作用力；由防噴器與套管柱，做產生的重力；由防噴器和井口，承受的橫向海流力，所帶來的壓力；土壤(泥線以下)給套管，帶來的承載力，包括橫向與縱向承載力；LMRP/BOP組帶來的壓力，主要是因為井口發生傾斜，最終產生附加彎矩，所造成的壓力。

(2)隔水管連接作業窗口模型分析 在這次完井作業中，使用有限元分析軟件(ABAQUS)，來建立隔水管連接作業窗口模型分析模型，即隔水管-井口系統的有限元分析模型，在模型構建的過程中，要做好各項數據計算工作，包括要確定隔水管在作業過程中，所需要的張緊力，確定后將其作為集中力，并將其施加在隔水管頂部，需要注意的是技術人員需要根據相關的理論模型，以及數據的具體算法，確保模型的各項數據的準確性。

除此之外做好各項模擬試驗，以此確保隔水管作業的質量，確保其性能可以滿足作業的需求，譬如：可以采用管單元，來模擬隔水管柱，做好隔水柱模型分析；使用彈簧單，來模擬導管與土壤之間的作用力，分析隔水管所承受的壓力；使用AQUA模塊，來模擬并分析波流載荷給隔水管造成的壓力；同時還可以使用管單元，用來模擬井口，或者導管、水泥環、表層套管等，做好窗口模擬分析，以此確保隔水管連接作業窗口的應用效率。

2 隔水管連接作業窗口準則與流程

在不同的作業模式下，限制隔水管連接的因素不同，其中主要有頂部、接頭轉角、隔水管最大效應力、導管最大效應力等。在連接鉆井作業模式下，其頂部撓性接頭的最大轉角為2°、底部撓性的最大轉角為2°、最大等效力和屈服強度的比值為0．67、導管的最大等效力和屈服強度的比值為0．67、沖縮節沖程不超過19．8m。

在連接非鉆井模式時，其頂部撓性接頭的最大轉角為9°、底部撓性的最大轉角為9°、最大等效力和屈服強度的比值為0．67、導管的最大等效力和屈服強度的比值為0．80、沖縮節沖程不超過19．8m。在啟動脫離作業模式下，其頂部撓性接頭的最大轉角為9°、底部撓性的最大轉角為9°、最大等效力和屈服強度的比值為0．67、導管的最大等效力和屈服強度的比值為1．00、沖縮節沖程不超過19．8m。在確定連接流程時，還需要做好工況劃分，計算與分析，確定最終的連接作業窗口。

3 影響隔水管作業窗口的因素

首先，頂張力因素。在張力比倍數較大，則隔水管鉆井的作業窗口，也就越大，相反連接非鉆業窗口就越小，而且啟動脫離程序的窗口也就越小。產生這一情況，主要是由于頂張力越大，可以進一步提高隔水管的抗彎剛度，同時可以減少撓性接頭的轉角，使得鉆井窗口平臺的偏移值增家，同理得知頂張力大，則導管底部的彎矩大，連接非鉆井的窗口小，啟動脫離程序的窗口小。

其次，鉆井業密度因素。根據工程實例數據表明，當鉆井液的密度增加，隨之隔水管鉆井的窗口則會變小，相反連接非鉆井窗口會增大，啟動脫離程序的窗口也會增大。換言之，鉆井的窗口大小變化如下：當鉆井液的密度增大時，隔水管的底部張力，則會變得越來越小，而隔水管的抗彎剛度也會越來越小，進而使得隔水管的轉角越來越大，最終造成鉆井窗口的平臺最大偏移值變小。對于啟動脫離程序連接窗口與連接非鉆井窗口來說，當鉆井液的密度增加時，隔水管的張力則會變小，當鉆井液的密度增加時，隔水管的有效張力則會減小，使得導管底部的彎矩變小，最終造成連接窗口變大。

4 結語

綜上所述，在確定隔水管連接作業窗口時，不可以盲目的借鑒國外的經驗，而是要基于我國深海的實際情況，充分考慮季風因素等的影響，并根據作業窗口的準則與流程，準確的計算出作業窗口，確保深水鉆井的工作效率，提高油氣勘探與開發的效率。

[1]鞠少棟,暢元江,陳國明,劉秀全,許亮斌,王榮耀.深水鉆井隔水管連接作業窗口分析[J].石油勘探與開發,2012,(01).

[2]劉秀全,陳國明,暢元江,劉康,張磊,許亮斌.臺風條件下深水鉆井隔水管觸底事故分析及對策[J].石油勘探與開發,2013,(06).