深水钻井导管喷射下入施工技术
深水喷射法下表层导管技术
研究成果
试验方案、场地及试验器材
适用不同套管尺寸对比图
试验套管接箍
试验套管
试验套管护丝
钻机压力表
试验钻机
大吨位拔桩机
研究成果
试验方案、场地及试验器材
试验方案—实施方案图： 试验脚手架的搭建：
此次试验搭建的脚手架尺寸约为：40m（长）×15m（宽）×10m（高）
试验方案、场地及试验器材
试验方案—实施方案图：
第三阶段
国外工具/国内技术/ 国内技术人员
第二阶段
国外工具/国外技术/ 国外技术人员
第一阶段
本课题攻关 主要内容
一、国内外技术现状
1.3 目标
通过本课题研究： 探索出高效的表层套管下入技术及工艺，建立一套适合深水钻井喷 射表层套管下入深度计算理论和方法； 形成我国深水钻井喷射表层套管下入工艺技术的独立知识产权； 研究成果的应用能够提高南海深水荔湾3-1气田钻井表层套管下入
N f dx f d L f S
0
L
f 为平均粘结强度，d为套管直径，L为套管长度
所以摩擦力为：
N S
砂性及粘性海底土性质与深水喷射钻井表层套管下入方式适应性研究 对于砂性土来说：侧向摩擦力比较大，同样下入深度条件下，表
层套管承载力比粘性土要大一些。
流花4—1油田喷射导管探析
流花4—1油田喷射导管探析喷射导管钻井技术采用喷射方式将表层导管下入到位，利用水射流和管串的重力，边喷射开孔边下导管，同时在喷射管柱中下入动力钻具组合以提高安全性和作业效率。
钻至预定井深后，静止管串，利用海底浅层土的粘附力和摩擦力稳固住导管，然后脱手送入工具并起出管内钻具，從而完成表层导管的安装。
流花4-1油田水深达到了300m左右，在这种水深海域采用常规打桩法已不合适，如果采用钻入法下入导管，有可能会发生难以找到井口等问题。
喷射法下入导管则可较好解决这两个问题，喷射导管入泥深度是导管施工作业的一个关键参数，如果入泥深度过浅，导管会因不能获得足够的地层承载力而发生下沉；如果入泥深度过大，导管可能喷射下入不到位，造成井眼报废。
1. 喷射导管极限承载力分析对于钻井导管来说，可以作为一个不带桩靴的钻井船桩腿对待。
在API规范中可用单桩轴向极限承载力经验公式，来进行极限承载力计算。
2. 喷射导管实时承载力分析对于钻井导管与周围海底土之间的摩擦力来说，与喷射后的静止时间有很大关系。
2.1.粘性土2.2.砂性土3. 流花4-1油田喷射导管入泥深度确定根据流花4-1油田井场调查报告，流花4-1油田海域海底土质参数如表1所示。
根据喷射导管实时承载力计算模型和流花4-1油田海底土质参数，求得30和36英寸外径喷射导管实时承载力如图1和图2所示。
利用钻井导管入泥深度计算模型，结合流花4-1油田海底土质实时承载力，求得喷射导管入泥深度如表所示。
4. 结论喷射导管入泥深度是海上表层钻井作业一个关键影响因素，根据海底浅层土质参数情况，建立了流花4-1油田海底土质实时承载力曲线，并根据钻完井作业载荷，确定了喷射导管最小入泥深度。
南海深水钻井表层导管喷射作业实践-论文
石 油 天 然 气 工 程
２ ｏ ｌ ４年 ９月
式所 需特 殊导 管鞋 、钻 井及 扩 眼 、 固井及 候 凝 、钻 水 泥 塞 等 大 型作 业 风 险 ，同 时也 回避 了海 底 表层 低
温 、软 地层对 下 导管作 业 的影 响 ，极 大地 节省 了作 业时效 引。 在不 占用 钻机 的情 况下对 喷 射钻井 作业 进行 充分 的准 备 ，４口井从 组 合 钻具 作 业 开始 到进 行 下 部井
和预 处理 。
配长 接头 ：准 备用 于钻 具配 长 的各种 长度 的接 头 、钻铤 等工 具共 计 ４ ０多件 。 泥浆 类 型 、泥 浆材 料 ：准备 足够 的稠 浆 泥浆 以清洗 井 眼和应 急压 井 ，准备 大量 加重 泥浆 材料 以应 对 意外 钻遇 浅层 气 、浅层 水流 时采 取动 态压 井钻 进 。
钻 进 ；准备 足够 的稠 浆 ，定 期采 用稠 浆清 扫井 眼 ，防止沉 砂 卡钻 ；接立 柱前 先用 稠浆 清洗 导管 与钻 具环 空 ，充 分活 动井 下管 串后 ，再快 速接 立柱 ，减 少接 立柱 时 间 。 ２ ． ３ 导 管外 窜流 风 险分 析 ：井 口报 废 ；导管 倾角 大 ；导管下 沉 。
Ｅ ２ ］ 徐 荣 强 ，陈 建兵 ，刘 正礼 ，等 喷 射 导 管 技 术 在 深水 钻 井作 业 中 的应 用 ［ Ｊ ］ ．石 油 钻 探 技 术 ，２ ０ ０ ７ ，３ ５（ ３ ） ：１ ９ ～２ ２ ．
［ 编辑 ］ 帅群
（ 上接第 １ Ｏ ８页 ）
・
２ ）韧 性 水泥 浆体 系具有 良好 的稠 化 、失水 、强 度 、稳 定性 ，能够 满足 小井 眼 固井 需 要 。 ３ ）韧性 水泥浆 具 有更好 的抗 冲击 强度 和抗 拉伸 、剪 切 强度 ，水 泥 石 经 过 ２次 射 孔评 价 依 然 保持 着 完整 性 ，充分 说 明该水 泥浆 体系 具有优 异 的柔韧 性 。 ４ ）韧 性水 泥浆 体 系具有 良好 的稠 化性 能和 柔韧 性能 ，能 够保证 泵送 安全 以及 增产 措施 的顺 利 进行 ， 有效 延长 油气 井 的寿命 ，具 有很 好 的发 展前 景 。
深水表层导管喷射下入工艺
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.21.104深水表层导管喷射下入工艺陈亚亚(中国石油大学(华东)石油工程学院 山东青岛 266000)摘 要：深水钻井导管喷射作业对导管稳定性、导管下入、导管垂直度都有较高的要求,如果喷射作业不成功只能废弃原井位,海洋钻井尤其是深水钻井综合钻井日费动辄上百万美元,将造成经济上的巨大损失。
针对深水喷射下表层导管的作业难度大、施工时间不易控制特点,本文针对浮式钻井装置阐述了深水钻井导管喷射施工作业的前期准备、风险控制和参数优化,对深水钻井表层导管的喷射作业具有一定的指导作用。
关键词：深水钻井 喷射下入 表层导管 作业程序 参数优化中图分类号：TE248 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)07(c)-0104-02表层导管（又称隔水导管、结构套管），是安装在泥线位置的第一层套管，表层导管承受海上钻井设备、隔水管系统以及将来完井、生产和修井作业时强加其上的多重作业载荷及复杂多变的海洋环境载荷。
表层导管安装，倾斜度一般不大于2.0°，以避免钻井作业过程中钻柱、套管柱与水下井口发生磨损。
深水表层导管施工具有作业风险高、控制难度大等特点，如果安装方式选择不正确、控制措施采取不当，容易导致导管下入不到位、井口偏角过大、井口下沉甚至井报废等严重后果，造成重大经济损失。
工程实践表明，表层导管喷射下入表层套管技术能有效提高深水浅层钻井得作业时效，节省钻井时间，因而在很大程度上节约了钻井作业成本，该技术已经在国内外深水钻井中广泛使用。
1 深水表层钻井技术挑战深水钻井表层导管安装作业与常规井相比，主要面临如下：（1）浅层土质疏松，地层承载能力低，增大了导管下沉及井口失稳风险。
（2）地层破裂压力梯度低。
随着水深增加，地层的破裂压力梯度降低，容易发生井漏和井塌等复杂情况。
2 导管喷射安装质量要求及风险应对措施2.1 导管安装质量要求导管喷射下入至设计入泥深度，深度误差应小于1.0m。
深水结构导管喷射钻井技术研究
Ｑ： ！
Ｓｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｅｎ ｄ Ｔｅｃ ｈｎｒ ａｌ ｄ
工 业 技 术
深 水结 构 导 管 喷射 钻 井技 术研 究
（ １ ． 中海油能源发展股份有 限公 司监督监理深圳分公司
摘 黄小龙’ 陈建兵’ 刘正礼 广东深圳 ５ １ ８ ０ ６ ７ ；２ ． 中海石油 （ 中国）有 限公司深圳分公司
素 ，该 文 对 喷 射 钻 入 法 的 关 键 影 响 因 素进 导 管头 连接 工具 ，喷 射 到 位 后 与导 管 脱 开 出 现 下沉 的井 ，可 以 考 虑 安 装 泥 垫 ，增 加 行 了研 究 ，并 结 合 深 水 现 场 作 业 实 践 经验 继 续 钻 进 。 钻具 组 合 中一 般 都 安 装随 钻 测 支 持 力 ，也 可 以 增 加设 计 浸 泡 时 间 。 进 行 了分 析 ，对 深 水 导 管 喷 射 钻 入 作 业具 量 工 具 ，一 边随 时 监 测 井 斜 变 化 ，根 据 工 ２ ． ２ 喷 射结 束 后 发 生 导管 下 沉 的 技 术 措 施 有一 定 的 指 导 作 用 。
在 深 水 油 气 田勘 探 开 发 过 程 中 ，结 构 导管主要作用是为水下井 Ｉ ＝ ｌ 和 水 下 防喷 器
１ ． ２ 钻 具 及 钻 头设 计 与 选 择
喷 射 钻具 组 合 主 要 考 虑 喷射 钻 井 作 业
下 沉 区块 ，增 加 导 管 尺 寸 比 增加 喷射 深 度
要 更好 。如 果 已钻 井 导 管 尺 寸 较 大 ，可 以
等 设 备 提 供 支 撑 作 用 。 导 管 的 人 泥深 度和 结 束后 继 续 钻 进 的 需 求 ，与 下一 开 钻 具 组 适 当增 加 导 管 人 泥 深 度 ，每 增 加 一根 导 管 钻 具 组 合 的 设 计 是 深 水 喷 射 成 功 的 关键 因 合 设计 一样 ，只 是 在 钻 具 组 合 上端 安 装 与 则 增加 １ ５ ％的 支撑 力 ， 另外 对 于 导 管 容 易
海洋石油深水钻完井技术措施
海洋石油深水钻完井技术措施近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。
科学技术的发展，中国海洋深水油气资源的开发水平也在逐渐得到提升。
海洋深水的钻完井技術的应用，对钻井和完井的设备和设施进行考验，使其适应海洋深水区域的环境条件，正常完成钻井和完井施工的程序，达到设计的钻完井施工的质量标准，为提高海洋油田的勘探开发效率，提供最佳的技术支持。
本文就海洋石油深水钻完井技术措施展开探讨。
标签：海洋石油;深水;钻完井技术;措施引言当前，我国也在不断完善深海钻井设备，在吸收、利用外来先进科学技术的同时，还进行相关钻井设备的自主研发。
通过不断的努力，我国的相关技术及设备的发展十分显著，已经迈入了世界先进水平的队列。
但是由于基础的薄弱及发展时间的短暂，中国海洋石油深水钻完井还是存在许多亟待解决的问题。
相关从业人员及研究者应该认识到，只有认清现状，不断解决发展过程中出现的问题，才能更好地促进中国海洋石油深水钻完井作业的发展，进而促进我国深海石油资源得到更好的开发。
1 我国海洋石油资源现状石油和天然气资源，作为非常重要的战略性物资，在我国社会主义市场经济发展中具有着举足轻重的地位和作用。
在消耗量巨大的现实状况面前，我国的石油和天然气资源相对而言仍然是比较短缺的。
因此，为了我国国民经济的进一步发展和综合国力的全面提升，不仅需要提高海洋油气深水钻井所应用技术的水平，还需要改善海洋油气资源的开发和利用效率，只有这样，才能满足我国经济和综合国力进一步发展的需求。
2 海洋石油深水钻井的特点海洋的深水区域的海浪非常大，海水的波动很大，给石油钻井施工带来巨大的难度，而且海洋深水区域的环境条件差，安全风险的等级高，必须采取最佳的设计和施工管理措施，才能达到预期的钻井和完井施工的质量。
深水区域低温的条件，影响到海底的数百米的油层，导致油层的温度低。
导致隔水管中的钻井液的性质变差，影响到钻井液的正常循环，给深水钻探施工带来危害。
同时影响到固井施工的质量，固井的水泥浆很难快速凝固，延长了固井施工的时限，同时增加了固井施工的成本。
深水表层导管喷射钻进机理研究
层导管 。该 方法 通 过钻头 水 眼喷射 冲刷 土体 形成 钻孔 ，在 喷射 钻进 的同 时下入 导管 ，导 管下入 到位 后利 用管体 与 土体 之 间的吸 附力稳 固表 层导 管 ，为后 续安 装水 下井 口防 喷器 等作业 提供 支撑 力Ｌ 。 ３ ］ 为使 导管 和水 下井 口获得 足够 的地 层承 载力 ，保 证深水 钻井 作业 安全 ，需 要对 喷射钻 进 时导管 与土
作 业 时效 。通 过 理 论 分 析 和 数 值 模 拟 计 算 ，研 究 了水 力 喷 射 成 孔 和 喷 射 钻 进 机 理 ，对 海 底 软 黏 土 层 受 喷 射） 刷 作 用 下 的应 力 和 位 移 场 进 行 了 分 析 。计 算 结 果 表 明 ，处 于钻 头 附 近 的 土 体 出现 应 力 和 位 移 集 中现 中 象 ，土 体 受到 的剪 切 力 远 大 于 土 体 抗 剪 强度 ，土 体 被 冲 刷 破 坏 发 生 大 变 形 。 通 过 在 原 状 土 海 域 的 现 场 模 拟试 验 ，对 比分 析 了喷射 排 量对 导 管 下入 钻 速 和土 体 承 载 力 恢 复 的影 响 ； 研 究 结 果 表 明 随 着 排 量 的 增 大 ，
导管 和水下 井 口的安 装作 业 ，提高 作业 时效 。
１ 水 Байду номын сангаас喷 射 钻 进 机 理
深 水浅 层喷 射钻 进下 入导 管时 钻头 未直 接切 削地 层 ，而是 由水射 流 冲刷海 底软 土 ，软土层受 到 大排 量 水射 流 冲击作 用 ，在土 体 内部产 生剪 应力 并发 生剪 切破坏 ，破 坏后 松散 破碎 的岩 屑通过 导管 内部运 移 至 海底 泥面 。为 掌握 喷射 钻进过 程 中导 管周 围土体 的应 力场 和位 移场 变化情 况 ，采用 有 限元 软件 进行 了 数值 模 拟计算 。 由于 土体在 喷射 钻 进过程 中 ，不仅 产 生 弹性 变形 ，而且 还 会 产生 不 可恢 复 的塑 性 变形 。 ‘ 因此将 土体 视为 弹塑 性体 ，采 用 Ｄ ｕ ｋ Ｐ ａ ｅ 屈 服准则 ： ｒ ｃ — ｒｇ ｒ
南海超深水喷射钻井导管入泥深度设计方法
省 对 深 层 土壤 进 行 实 际 钻 孔 取 心 的作 业 成 本 。 研 究 表 明 ， 导 管 入 泥 深 度 主 要 由土 壤 性 质 、 固 井 井 口载 荷 以及 导 管 静 置 时 间 决 定 。 算 例 验 证 了方 法 的准 确 性 。所 研 究 的 方 法 与结 论 可 为 南 海 深 水 喷 射 钻 井 导 管 入
一
了桩 设 计 的 相 关 指 导 规 范 ，对 喷 射 安 装 的 导 管 人 泥 深 度 设 计 具 有 一 定 指 导 意 义 。 Ａｋ ｒ＿ 借 鉴 ＡＰ ｅｓ４ Ｉ中桩 的设 计 理 论 ，对 导 管 承 载 力 进 行 了计 算 并 给 出 导 管 设 计 方 法 ，但 假 定 扰 动 后 的 土 壤 抗 剪 强 度 随 时 间 的 没 有 增 量 。 苏 勘 华 等 ＿ 基 于 土 力 学 与 桩 基 理 论 ，利 用 迭 代 法 提 出一 种 导 管 下 深 设 计 方 法 ， 能 否 应 用 于 工程 Ｅ 实 践 有 待 进 一 步 验 证 。 Ｐ ｉｐ ｅ 出 的 方 法 考 虑 了 承 载 力 的 时 间 效 应 ，是 目前 最 通 用 的 导 管 人 泥 深 度 ｈｌ ｐ ｌ 提 ｉ ６
［ 收稿 日 期 ］ ２ １ —１ Ｏ ０ ２—２ ２
［ 金 项 目］ 国 家 科 技 重大 专项 （ Ｏ ８ Ｘ ５ ２ ０ ） 基 ２ Ｏ Ｚ ０ ０ ６０ １ 。 ［ 者 简 介 ］ 唐 海雄 （ ９ ２一 ，男 ，１８ 年 大 学 毕 业 高 级 工 程 师 ，现 主要 从 事 海 洋 石 油 钻 完 井 技 术 方 面 的研 究 工作 。 作 １６ ） ９３
泥深度设计提供有用参考。 ［ 键 词 ］ 超 深 水 ；喷 射钻 井 ；导 管 ； 泥 深度 关 入 ［ 中图 分 类 号 ］ Ｔ ２ ８ Ｅ ４ ［ 献标识码］Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ ９ ５ （Ｏ １ ３ ０ ４ —０ 文 ０ ０ ７ ２ ２ １ ）０ — １ ７ ５
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
深水钻井导管喷射下入施工技术
关键词：深水表层导管喷射下入入泥深度
一、引言
自上世纪90年代以来，深水石油勘探日益成为热点，世界范围内的石油大发现越来越多地来自深水区域。
深水海域浮式钻井装置采用常规的下入表层导管方法常常会出
现一些十分棘手的困难：其一，钻井眼时由于地层松软，容易出现井壁冲刷，甚至垮塌现象；其二，由于海流和涌浪的影响，导管鞋还是难以对准井口有时甚至找不到井口而报废；其三，固井作业中易造成水泥返高达不到设计要求，造成固井作业失败；其四，常规下表层导管方法的现场作业时效低和作业费用高。
二、深水表层导管下入技术现状
1.国内外技术现状
在国内，目前由于深水钻井数量很少，2007年只有husky公司在我国南海地区钻出我国第一口水深超千米的深水探井lw3-1-1井，该海域水深为1482米，该井完钻井深3843米。
该井在钻井作业过程中，采用了喷射导管下入技术，由于该井的作业者是一家外国石油公司，所以该技术的关键技术和核心资料对中方人员保密。
2.喷射法下钻井导管技术
喷射导管钻井技术采用喷射方式将表层导管下入到位，利用水射流和管串的重力，边喷射开孔边下导管，同时在喷射管柱中下入动力钻具组合以提高安全性和作业效率。
钻至预定井深后，静止管串，
利用海底浅层土的粘附力和摩擦力稳固住导管，然后脱手送入工具并起出管内钻具，从而完成表层导管的安装。
喷射导管技术的优势：（1）喷射导管技术可在钻进的同时下导管，解决了深水表层钻孔后下导管不容易找到井口的难题；（2）喷射导管技术可至少节约12小时以上的钻井时间，对于日花费上百万美元的深水钻井来说，经济效益可观；（3）喷射导管作业结束后无需固井；（4）喷射导管技术现场操作方便，具有良好的应用前景。
三、海上喷射法钻井导管入泥深度确定方法
1.喷射过程中钻井导管载荷分析
对于喷射法下钻井导管，要建立合理的钻井导管下入深度计算模型，就必须考虑表层导管载荷、导管尺寸、导管与海底土的胶结力、海底土性质等因素影响。
2.钻井导管下入深度计算模型
钻井导管受力分析，在喷射下入过程中垂直方向上可得如下受力平衡方程：
式中，为上提管柱的轴向载荷，kn；为导管在海水中的重量，kn；为钻柱在海水中的重量，kn；为喷射过程中施加给海底土的压力，kn；为导管侧向受到的摩擦力，kn。
只有当时，导管才能保持稳定，而不发生失稳下陷。
在给定载荷条件下隔水导管入泥深度计算模型如下：
钻井导管最小入泥深度计算模型为：
式（2）和（3）中，为给定的管柱载荷（包括导管自重），kn；
为导管外径，m；hmin为隔水导管最小入泥深度，m；为导管入泥深度，m；为导管与海底土之间的摩擦力，它的大小取决于海底土与导管接触时间长短，kn/m2。
从式（3）中可以看出，导管的下入深度与导管上部所受的载荷、导管直径、导管壁厚、侧向摩擦力有关。
由于导管的直径、壁厚一般是确定的，所以导管的入泥深度只与导管上部所受的载荷和侧向摩擦力有关。
3.钻井导管侧向摩擦力计算
导管桩与海底土之间的摩擦力随着时间的变化规律可用下式表达：
式中，为导管与海底土之间的单位面积摩擦力，mpa；为导管与海底土之间的作用时间，h。
根据上述情况钻井导管侧向摩擦力计算结果，在现场实际施工过程中，可根据现场给定的施工时间来确定合理的钻井导管下入深度。
四、喷射导管下入施工要点
在利用喷射法下入表层套管的作业过程中，工序较为复杂，下面仍以南海某深水探井为例来说明该技术的一些施工要点：
1.记录管串重量，包括上提和下入重量；
2.利用dsc设备调查水深并将其记录在dp上；
3.检查潮汐表；
4.检查钻杆；
5.打开dsc设备并提起全部管串；
6.利用dp设备最后一次检查钻井装置准确位置，利用rov检查海底井口位置标识；
7.锁住dsc设备并按以下速率启动泥浆泵：500gpm， 600gpm，800gpm， 900gpm；
8.在贯入深度为15m（泥线以下）位置时将导管上提 3m以破碎阻碍物；
9.在贯入深度为26m（泥线以下）位置时将导管上提 3m以破碎阻碍物；
10.在贯入深度为27m时，将泵速增加到1100gpm；
11.在贯入深度为30m（泥线以下）位置时将导管上提 3-5m以破碎阻碍物；
12.当关闭泥浆泵时继续将导管上提（下入）3-5m；
13.在关闭泵进行下一道工序之前重复几次导管的上提（下入）的操作；
14.当贯入深度离设计深度2-3m处时，缓慢下入泥线以下90%的管串重量，降低泵排量到250gpm，直到导管下入到设计深度；15.当36in导管下入到位以后，降低泵速到30gpm，并开启dsc 设备；
16.每一次接单根时，调整泵的水-垂位置；
17.到td后，利用rov检查井眼并确定钻井设备当前位置。
五、结论
1.根据喷射导管下入后固结时间与海底土性质关系，建立了砂性土和粘性土导管侧向摩擦力与固结时间的关系模型。
2.结合国内外喷射法下导管工艺特点，利用深水海底土资料，对该深水井喷射法下导管施工的钻压等参数进行了设计。
3.根据喷射法下导管工艺要求，研究分析了喷射导管下入过程中管柱受力特点，建立了喷射法钻井隔水导管下入深度计算模型，该模型的现场应用效果良好。