本文選題：深水鉆井 + 管柱力學(xué)　； 參考：《石油科學(xué)通報(bào)》2016年01期

【摘要】：深水鉆井作業(yè)主要包括導(dǎo)管噴射安裝、表層套管井段鉆井、水下防噴器組和深水鉆井隔水管安裝及后續(xù)鉆井等4個(gè)主要作業(yè)環(huán)節(jié),涉及導(dǎo)管、鉆井隔水管、送入管柱等3類管柱系統(tǒng)。與陸地及淺水近海鉆井不同,由于深水鉆井工況的獨(dú)特性,管柱在作業(yè)過程中產(chǎn)生復(fù)雜的力學(xué)行為,嚴(yán)重影響深水鉆井的安全高效作業(yè)。因此,開展深水鉆井管柱力學(xué)與設(shè)計(jì)控制技術(shù)研究,對于推動(dòng)深水鉆井科技進(jìn)步具有重要意義。深水導(dǎo)管噴射安裝技術(shù)是適應(yīng)深水鉆井的特殊要求而發(fā)展起來的一種淺層作業(yè)技術(shù),也是深水鉆井作業(yè)程序的第一步。作業(yè)過程涉及導(dǎo)管和送入管柱2類管柱系統(tǒng),主要目的在于建立安全穩(wěn)定的水下井口,為后續(xù)的鉆井作業(yè)奠定基礎(chǔ)。例如送入管柱的力學(xué)行為分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究、水下井口的管土相互作用與導(dǎo)管承載能力研究等,對實(shí)現(xiàn)水下井口安全穩(wěn)定的目標(biāo)具有重要意義。本文從工程應(yīng)用與技術(shù)研發(fā)2個(gè)方面,對涉及其中的送入管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核、導(dǎo)管噴射安裝工藝和導(dǎo)管承載能力等3個(gè)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述與展望。認(rèn)為深水導(dǎo)管噴射安裝的未來研究將側(cè)重于極限工況下導(dǎo)管的入泥深度與承載力計(jì)算、噴射鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化、導(dǎo)管噴射安裝風(fēng)險(xiǎn)評估與可靠性預(yù)測,以及深水導(dǎo)管噴射安裝模擬實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。深水鉆井隔水管是連接浮式鉆井平臺(tái)與水下井口的重要設(shè)備,可提供鉆井液循環(huán)通道、支持輔助管線、引導(dǎo)鉆具、下放與回收防噴器組等。深水鉆井隔水管在整個(gè)鉆井作業(yè)過程中涉及安裝、正常鉆進(jìn)、回收與緊急撤離等作業(yè)過程。由于波流聯(lián)合作用力的動(dòng)態(tài)效應(yīng),深水鉆井隔水管在服役期間會(huì)產(chǎn)生軸向拉伸、橫向彎曲、耦合振動(dòng)等一系列復(fù)雜力學(xué)行為,給深水鉆井安全作業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)。因此,對深水鉆井隔水管力學(xué)行為進(jìn)行研究,確保其安全可靠性,是深水鉆井研究的關(guān)鍵問題之一。本文著眼于深水鉆井隔水管的頂張力控制、縱橫彎曲變形、橫向振動(dòng)特性、縱向振動(dòng)特性、耦合振動(dòng)特性及渦激振動(dòng)特性等主要力學(xué)問題,從載荷計(jì)算、控制方程、邊界條件及求解方法等方面入手,總結(jié)了深水鉆井隔水管系統(tǒng)在力學(xué)與設(shè)計(jì)控制技術(shù)方面取得的新進(jìn)展,對目前研究中仍然存在的問題進(jìn)行了剖析和探討。研究認(rèn)為在以后的工作中,應(yīng)在深水鉆井隔水管安裝作業(yè)窗口分析預(yù)測、隔水管渦激振動(dòng)響應(yīng)與抑制、隔水管疲勞壽命計(jì)算與評估,以及隔水管力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)等方面加強(qiáng)研究。在深水井筒整個(gè)壽命期間,最大限度地使井筒中地層流體處于有效控制的安全運(yùn)行狀態(tài),防止淺層氣和淺水流入侵,提高固井質(zhì)量,避免水下套管柱變形甚至擠毀等,對于提高深水油氣井筒的完整性具有重要的實(shí)際意義。本文以深水井筒的溫度分布規(guī)律、套管環(huán)空壓力變化及套管應(yīng)力分布等研究為主,對深水井筒完整性預(yù)測和預(yù)防研究進(jìn)行了綜述,主要內(nèi)容包括地層非穩(wěn)態(tài)傳熱、套管環(huán)空循環(huán)溫度分布、密閉環(huán)空內(nèi)流體升溫膨脹引起的附加載荷和預(yù)防措施、多層套管柱環(huán)空壓力計(jì)算、套管—水泥環(huán)—地層系統(tǒng)熱力耦合響應(yīng)等。分析認(rèn)為充分考慮深水鉆井特殊工藝與環(huán)境約束條件、建立適用于深水井身結(jié)構(gòu)與套管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、開展深水井筒完整性風(fēng)險(xiǎn)評估與設(shè)計(jì)控制技術(shù)研發(fā)將是未來關(guān)注的重點(diǎn)。開展深水鉆井管柱力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)研究,獲取相關(guān)的有效數(shù)據(jù),對于提高深水管柱力學(xué)與設(shè)計(jì)控制研究水平具有必要性。本文建立了"深水管柱力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)",并對其結(jié)構(gòu)組成、操作方法、技術(shù)參數(shù)及主要功能等進(jìn)行了詳細(xì)說明,介紹了深水鉆井隔水管力學(xué)行為模擬實(shí)驗(yàn)與疲勞壽命測試方面取得的新進(jìn)展。本文對深水導(dǎo)管噴射安裝技術(shù)、深水鉆井隔水管系統(tǒng)力學(xué)與設(shè)計(jì)控制技術(shù)以及深水井筒完整性預(yù)測和預(yù)防研究等方面的新進(jìn)展進(jìn)行了綜述和展望,對指導(dǎo)今后的深水鉆井管柱力學(xué)與設(shè)計(jì)控制技術(shù)研究具有參考價(jià)值。
[Abstract]:The deepwater drilling operation mainly includes 4 main operational links, such as catheter ejection installation, surface casing well section drilling, underwater blowout preventer group and deepwater drilling riser installation and follow-up drilling, which involve 3 types of pipe string systems, such as ducts, drilling risers, and pipe columns. Different from land and shallow water near sea drilling, because of the uniqueness of deepwater drilling conditions, The pipe string produces complicated mechanical behavior during the operation, which seriously affects the safe and efficient operation of deepwater drilling. Therefore, it is of great significance to carry out the research on the mechanics and design control technology of the deep water drilling pipe column, which is of great significance for promoting the progress of deepwater drilling technology. A shallow operation technique, which is also the first step of the deepwater drilling operation procedure. The operation process involves the 2 types of pipe and column system, which is mainly aimed at establishing a safe and stable underwater wellhead and laying the foundation for the subsequent drilling operation. For example, the mechanical behavior analysis and optimization design of the pipe column, and the pipe soil at the underwater wellhead. The study of interaction and carrying capacity of ducts is of great significance to the goal of realizing safety and stability of underwater wellhead. From 2 aspects of engineering application and technology research and development, this paper reviews and summarizes the research progress of 3 aspects, including the strength design and check of the pipe column, the installation process of the catheter and the carrying capacity of the catheter. The future research on the installation of deep water ducts will focus on the depth and bearing capacity of the ducts under the extreme conditions, the optimization of the injection drilling parameters, the risk assessment and the reliability prediction of the catheter ejection installation, as well as the simulation experiments on the installation of the deep water catheter. The Deepwater drilling riser is connected to the floating drilling platform and underwater. The important equipment in the wellhead can provide the drilling fluid circulation channel, support the auxiliary pipelines, guide the drilling tools, the lower and the recovery blowout blowers. The deepwater drilling riser involves installation, normal drilling, recovery and emergency evacuation during the whole drilling operation. The deepwater drilling riser is the dynamic effect of the combined wave flow force. During service, a series of complicated mechanical behaviors, such as axial tension, lateral bending and coupling vibration, have brought great challenges to the safety operation of deepwater drilling. Therefore, it is one of the key problems to study the mechanical behavior of deepwater drilling riser to ensure its safety and reliability. This paper focuses on the Deepwater drilling riser. The main mechanical problems, such as top tension control, longitudinal and transverse bending deformation, transverse vibration characteristics, longitudinal vibration characteristics, coupled vibration characteristics and vortex induced vibration characteristics, are summarized from the aspects of load calculation, control equations, boundary conditions and solution methods, and the new progress in the mechanics and design control technology of deepwater drilling riser system is summarized. The problems that still exist in the present study are analyzed and discussed. It is considered that in the future work, the analysis and prediction of the installation window of the deepwater drilling riser, the response and suppression of the vortex excited vibration of the riser, the calculation and evaluation of the fatigue life of the riser, and the simulation experiment of the mechanical behavior of the riser are strengthened. During the whole life of the wellbore, the formation fluid in the wellbore is in a safe and safe operation state, preventing shallow gas and shallow water flow invasion, improving the cementing quality, avoiding the deformation and even crushing of the underwater casing string. It is of great practical significance to improve the integrity of the deep water well bore. The rule of temperature distribution, the change of casing air pressure and the distribution of casing stress are the main aspects, and the research on the prediction and prevention of the integrity of the deep water wellbore is reviewed. The main contents include the unsteady heat transfer of the strata, the distribution of the annular temperature of the casing, the additional load and preventive measures caused by the heating and expansion of the closed annular space, and the multi-layer casing string. The calculation of the annular pressure, the thermal coupling response of the casing cement ring to the formation system, and so on. It is considered that the optimum design method for the deep water well structure and casing string is established, and the development of the risk assessment and the design control technology for the Deepwater wellbore integrity will be the focus of attention in the future. It is necessary for improving the research level of deep water pipe column mechanics and design control. In this paper, a "deep water pipe column mechanical simulation experiment system" is set up, and its structure, operation method, technical parameters and main functions are described in detail. The new progress in the mechanical behavior simulation experiment and fatigue life test of the deepwater drilling riser is introduced. The new progress of deep water catheter ejection installation technology, the mechanics and design control technology of deepwater drilling riser system and the research on the integrity prediction and prevention of deep water wellbore are reviewed and prospected in this paper. It has reference value for the study of deep water drilling string mechanics and design control technology.
【作者單位】： 中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):51521063和U1262201)
【分類號(hào)】：TE951

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1 記者 蔡擁軍;中國開工建最大深水鉆井船[N];人民日報(bào)海外版;2010年

2 沈曉峰;國內(nèi)首艘自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)深水鉆井船命名[N];中國船舶報(bào);2014年

3 孫麗萍;我國將有自己的深水鉆井船[N];中國船舶報(bào);2007年

4 蔡擁軍;我國開工建造最大深水鉆井船[N];中國石化報(bào);2010年

5 記者 侯玉;我國首艘最大深水鉆井船開工[N];國際商報(bào);2010年

6 記者 安蓓;中國建成深水鉆井裝備梯隊(duì)[N];人民日報(bào)海外版;2014年

7 本報(bào)資深記者 吳莉;我國深水鉆井裝備梯隊(duì)形成[N];中國能源報(bào);2014年

8 記者 趙慧 魏敬民;國內(nèi)首艘超深水鉆井船開建[N];中國船舶報(bào);2010年

9 記者 孫明泉 特約記者 張士英 通訊員 唐曉偉;中國深水鉆井平臺(tái)批量走進(jìn)國際主流市場[N];光明日報(bào);2014年

10 通訊員 何潤芳;我國首根深水鉆井隔水管接頭“浮出水面”[N];中國石油報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 蘇堪華;深水鉆井井口力學(xué)分析及導(dǎo)管承載能力研究[D];中國石油大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 盧蕾;海洋深水鉆井淺層地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與安全作業(yè)評估[D];長江大學(xué);2014年

2 董智惠;深水鉆井船總體方案論證[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

3 王博;深水鉆井環(huán)境下的井筒溫度壓力計(jì)算方法研究[D];中國石油大學(xué);2007年

4 魏路;西非JDZ-2-1井深水鉆井井口穩(wěn)定性分析研究[D];中國石油大學(xué);2009年

5 吳華;深水鉆井中天然氣水合物預(yù)測的研究[D];中國石油大學(xué);2007年

6 甘步紅;購置深水鉆井平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與融資分析[D];中國海洋大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：1969171