海上探井钻井井口稳定性关键影响因素分析.pdf

2 0 1 2年 第 4 1卷 第 7 期第 7 8贝 石 油矿 场 机械 OI L F I EL D E QUI PMENT 文 章 编 号 1 001 3 4 8 2 2 01 2 0 7 7 8 0 2 海上探井钻井井 口稳定性 关键影 响因素分析 罗 勇 ， 杨 进 1 ． 中海 白 油 中 国 有 限 公 司 上 海 分 公 司 钻 完 井 部 ， 上 海 2 0 0 0 3 0； 2 ． 中 国石 油 大 学 石 油 工 程 学 院 ， 北 京 1 0 2 2 4 9 摘 要 在 海洋探 井作业过 程 中， 钻 井 井 口稳 定性对 于钻 完井作 业安 全具 有重要 意 义。提 出井 口稳 定 性分析 模 型 ， 得 出海 洋环境 载荷 、 井 口载荷及 钻 井状 态是 井 口稳 定性 主要 影 响 因素 ， 并 以 某海 上 油 田为 工程 实例 ， 对 比分析 了不 同影 响 因素条件 下 的 井 口稳 定 性 。研 究成 果 可 为该 地 区今 后 的探 井 钻 井作业提 供科 学依据 和技 术指 导 ， 从 而保证 海上 钻 完井施 工作 业的安 全 。 关键词 探 井 ； 钻 井井 口； 稳 定性 中图分类 号 TE9 5 1 文献标 识码 A Ke y Fa c t o r s o f Dr i l l i n g W e l l h e a d S t a b i l i t y i n Of f s ho r e Ex pl o r a t o r y W e l l s I UO Yo n g ， YANG J i n 1 ． Dr i l l i n g a n d C o mpl e t i o n De p a r t me n t o f CNOOC S h a n g h a i BV n C [ 1 ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0， Ch i n a 2 ． 7 o l l e g e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g， 7 1 l i n a Un i v e s i t y o f P e t r o l e u m ， Be i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C i n a Ab s t r a c t I n t he pr o c e s s o f o f f s ho r e e xp l or a t i o n we l l o pe r a t i o ns ， t h e s t a b i l i t y o f t h e d r i l l i ng we l l he a d i s i mp or t a nt f or d r i l l i ng a nd c ompl e t i o n o p e r a t i on s ． I n t hi s pa pe r ， t h e we l l he a d s t a bi l i t y a n a l y s i s mod e l wa s e s t a bl i s he d．M a r i n e e n v i r on m e nt l o a d i ng， we l l h e a d l oa di n g a nd d r i l l i ng c o nd i t i on Wa s t h e k e y f a c t o r s o f d r i l l i n g we l l h e a d s t a b i l i t y b y a n a l y z i n g t h e mo d e 1 ． Of f s h o r e o i l f i e l d p r o j e c t s we r e t a ke n f or e x a mpl e s i n o ur s t ud y， a nd d i f f e r e nt f a c t o r s o f t h e we l l he a d s t a b i l i t y we r e c o r n p a r e d ． The r e s e a r c h r e s u l t s wi l l p r ov i d e a s c i e nt i f i c ba s i s a nd t e c hni c a l g ui d a n c e f or e x pl o r a t o r y we l l d r i l l i ng op e r a t i o ns i n t h e r e gi on； e ns ur e t he s a f e t y o f of f s ho r e d r i l l i ng a n d c o m p l e t i on o p e r a t i on s ． Ke y wo r d s e xp l o r a t i o n we l l ； d r i l l i ng we l l he a d； s t a b i l i t y 海 上 探 井 相 比开 发 井 钻 井 作 业 ， 其 井 口 的稳 定 性 随着 水 深等 因 素 的变 化 变 得 更 差 。探 井 钻 井 作业 一 般 会 在 海 况 较 佳 的 时候 进 行 ， 但 由 于 海 况 不 确 定性 ， 会 造 成 钻 井 平 台 的 临 时 撤 离 而 导 致 井 口独 立站 立 ， 这 些 都 给 海 上 探 井 钻 井 作 业 井 口稳 定 性 带来 挑 战 。因此 需 要 在 不 同套 管 组 合 结 构 条 件 下 对 钻 井 井 口整 体 稳 定 性 进 行 校 核 ， 确 定 不 同 套 管 组合 方 式 在 不 同 作 业 状 态 下 的 稳 定 性 ， 从 而 杜 绝 海 上 探 井 钻 井 工 程 施 工 的盲 目性 ， 提 高 施 工 作 业 安 全 和作 业 时效 。 1 井 口稳定性影响 因素 对海 上 探 井井 口进行 稳 定 性分 析 时 ， 可 以 把钻 井 套管柱 看成 底部 固支 、 顶 部依 据钻 井 作 业 状 态 而 定 。当处于钻 井状 态 时 ， 顶部 可视 为铰 支 ； 当钻 井平 台撤离 时 ， 顶 部 可视 为 自 由。从 而 可简 化 成 细 长 杆 的模型进行分析 ， 在承受井 口载荷的同时受到海洋 环 境载荷 的作 用 l 。 从 稳定 性 模 型分 析 中可 以看 出 ， 井 口稳 定 性 的 影 响 因素主 要是海 洋环 境载 荷 包 括海 风 、 海 流及 海 收 稿 日期 2 0 1 2 O 4 2 1 作者简介 罗 勇 1 9 6 5 ， 男 ， 湖北天 门人 ， 高级工程师 ， 主要从事钻 完井项 目管理与研究 [ 作 。 第 4 1卷第 7 期 罗 勇 ， 等 海上探井 钻井井 I I 稳定性关键影 响因素分析 浪 、 井 1 I 载荷 以及钻井作业状态。其中， 海洋环境 载荷 中海 浪 和海流 对 井 口稳 定 性 影 响较 大 ， 海 风 相 对 影响 较 小 。 因此 ， 选 择合 适 的 作业 窗 口对 探井 作 业安全 起着至关重要 的作用 。同时 ， 钻 井作业 状态决 定 了稳 定性分析模型 的边 界状态 ， 在有 钻井平 台对井 口支撑时， 井口可以承受较大的载荷； 当钻井平台临 时撤 离时 ， 减少井 口载荷 可以保证井 口稳定性 。 2稳定 性影响因素分析 本 文选择 1 a和 5 0 a一遇 的典 型海洋 环境条 件 进 行海 上探井 井 口稳定性 对 比分析 。海上 油 田某探 井 1 a 一 遇 的海洋 环境 条 件 参数 为 最大 风 速 3 1 ． 7 m／ s ， 最大波高 7 ． 1 13 3 ． ， 最大波浪周期 1 2 ． 7 S ， 表面、 中部 及 底 部 最 大 海 流速 度分 别 为 1 ． 0 6 、 0 ． 8 2 和 0 ． 5 5 m／ s ； 5 0 a 一遇的海洋环境条件参 数为 最大风速 5 1 ． 8 m／ s ， 最大波高1 3 ． 2 r n ， 最大波浪周期1 7 ． 9 S ， 表面、 中 部及底 部最 大海 流速 度分 别 为2 ． 4 2 、 1 ． 9 1 和 1 ． 2 2 m／ S ， 其他计 算参数 水深3 0 ． 5 m， 井 口海拔 1 5 m。 2 ． 1 不 同海 况 在钻 井作 业 情 况 下 ， 在 井 口载 荷 3 0 0 k N 的 条 件 下 ， 对 海况 重现 期为 1 a和 5 0 a进 行 探 井井 口稳 定性对 比分析 ， 具体分析结果如表 1 。 表 1 钻 井 作 业 时稳 定 性 分 析 结 果 井 口载 荷 3 0 0 k N 7 6 2 3O 7 6 2 30 5 0 8 2 0 7 6 2 3 0 5 0 8 2 O 3 4 0 1 8 ％ 76 2 3 o 7 6 2 3o 5 0 8 2 o 5 O 76 2 3 0 5 0 8 2 0 3 4 0 1 8 ％ 1 9 8 ． 6 1 7 1 4 ． 6 稳定 I 5 3 ． 9 I 6 9 8 ． 2 稳 定 1 5 O ． 1 1 5 6 3 ． 5 稳 定 2 8 9 ． 6 2 4 8 6 ． 2 不稳定 2 3 5 ． 2 2 4 6 2 ． 4 稳 定 2 1 7 ． 3 2 2 6 7 ． 1 稳定 时对不同井 口载荷进行稳定性对 比分析， 具体分析 结 果如 表 2 。 表 2 钻 井平台撤离时稳定性分析结果 海况重现期为 5 0 a 7 62 3 0 7 62 3 0 5 0 8 2 0 3 00 7 62 3 0 50 8 2 0 3 4 0 1 8 ％ 3 7 4 ． 4 3 2 3 2 ． 1 不 稳 定 2 9 0 ． 1 3 2 O 1 ． 1 不 稳 定 2 8 2 ． 9 2 9 4 7 ． 2 不 稳 定 3 1 6 ． 8 2 7 3 4 ． 5 不 稳 定 2 4 5 ． 5 2 7 0 8 ． 6 稳 定 2 3 9 ． 4 2 4 9 3 ． 8 稳 定 钻 井 平 台临 时 撤 离 时 ， 在 井 口载荷 3 0 0 k N 条 件 下 ， 井 口 的稳 定 性 得 不 到保 障 ； 在 井 口 载 荷 1 0 0 k N 的条 件 下 ， 单 隔 水 导 管 能 满 足 钻 井 稳 定 性 要 求 。 3 结 论 1 以海 上油 田某井 为例 ， 对该 井在 不 同海 况 、 不同井 口载荷和不同钻井作业状态下进行 了井 口稳 定性 的对 比分 析 ， 得 出随 着 海况 条 件 恶 劣程 度 的增 加 ， 稳 定性 逐渐 降低 ； 随 着井 口载荷 的增 加 ， 稳 定 性 逐渐下降； 失去钻井平台的井 口支撑时， 稳定性也得 不 到很好 的保 证 。 2 随着 套管 层 次 的不 断 增 加 ， 钻 井井 口套 管 柱结 构受 到 的最大 应 力 和 最 弯 矩不 断减 小 ， 而 能 够承 受 的套管 悬 挂 载荷 不 断 曾大 。因此 ， 对 于隔 水 导管 强度 和稳定 性 来说 ， 一 开 和二 开 钻 井作 业 是 最 危 险时期 。 参考文献 由表 可以得出 钻井作业时 在海况重现期为口 及 5 0 a时， 单隔水导管不能满足钻井稳定性要求 。 1 9 8 2 O O ． 2 ． 2 不 同井 口载荷 [ 2 ] 杨进， 刘书杰， 姜伟， 等． AN S YS在海 洋石油 工程 在钻井 平 台临时 撤 离 时 ， 在海 况 重 现期 为 5 0 a 中的应用[ M． 北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 9 ． ， ∞ ∞％ O O 2 O 2 8 3々J々u1 8 8 2 2 O 2 O O 6 6 5 6 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