隔水管的数学模型及力学分析

深水钻井顶张力隔水管的数学模型是位于垂直平面内的梁在横向载荷作用下变形的线性常微分方程。取水平方向为隔水管分析坐标系的Y轴，垂直方向为坐标系的Z轴。隔水管三向应力状态分析如图3-6所示。图3-6隔水管三向应力状态分析同时，隔水管还受到径向应力与环向应力的作用，其原因是隔水管的内外静水压力所造成的。隔水管水动力学直径也是隔水管分析时的重要因素，一般来说

理论教育 2023-06-23

深水井控操作中的限制与挑战

由于深水地层破裂压力梯度较低，因此造成了井控作业中的井涌余量、最大允许关井套压和隔水管钻井液安全增量随着水深的增加而减小。在深水井控中，节流管线内摩擦损失将作用于地层，如果忽略节流管线中的循环压耗，采用常规压井方法压井，在保持立管压力不变与不超过最大允许套管压力的情况下控制节流阀，压井不可能成功。

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深水钻井隔水管的设计技术优化方案

而隔水管底部球铰的转角与隔水管所承受的最大应力密切相关。在给定的工况和隔水管构造与操作条件下，球铰的转角与浮式钻井船的初始偏移和顶张力的大小等有关。影响隔水管性能的因素主要包括水深、泥浆重量、辅助管线直径、工作压力、海况条件和流剖面以及最大钻井船偏移等。由于钻井船的初始偏移、横向的环境载荷作用，包含泥浆在内的隔水管的自重等，隔水管处于大变形状态，构成几何非线性问题。

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钻井隔水管设计的准则与要点

最大Mises应力准则定义了海洋钻井隔水管的强度极限，隔水管底部柔性接头转角准则是为了避免隔水管与旋转钻杆之间发生摩擦而导致隔水管磨损、变薄，在内压作用下爆裂，从而引发更严重的钻井事故。换句话说，通过优化张力器的张紧力和控制钻井船的初始偏移，可以将隔水管底部挠性接头转角限制在容许范围之内。图3-7深水钻井隔水管系统设计过程深水钻井隔水管系统设计过程如图3-7所示。

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深水表层作业的风险与应对措施

3）浅水流或浅层气通常浅层气或浅水流当量压力梯度为9.3g／cm。遇到浅层气目前有两种观点：其一，必须加重泥浆进行平衡，而后可以用重浆法钻进或下套管固井；其二，可以采用海水快速强行钻进，钻至设计井深后再进行循环处理，这种方法不易控制，有风险，通常采用动态压井工艺。

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深水测试设计：注意事项与流程

1）深水测试的主要目的①评价油气层产能。2）完成深水测试需要特别关注的问题在深水环境条件下完成该项工作，需要特别关注的问题包括：①特殊海况中国南海季风和台风季节，特殊的水文特征和内波流等。④深水环境条件下开井流动和关井期间均存在水合物堵塞流通通道风险，可能导致测试失败。3）深水测试设计主要包括内容①基础资料。⑤井下及水下测试管柱设计。

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深水测试井筒温压分布和水合物生成预测优化

③井筒及地层中的热损失是径向的，不考虑沿井深方向的传热，且井筒中任意截面上各点的温度均相等。井筒流体向外传递热量时，由于热对流和热辐射占总传热的比例很小，因此可以忽略不计。

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合成基钻井液体系的特点和应用

这种钻井液体系的综合性能要优于水基钻井液体系和油包水钻井液体系。但是，合成基钻井液体系成本较高，还容易引起井漏从而带来较大的经济损失。

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恒流变合成基钻井液体系分析

典型的恒流变合成基钻井液体系能够不以牺牲钻井液流变性能为代价地解决工程问题。2002年恒流变合成基钻井液体系被研制，以应对常规钻井液引起的一系列问题。最初的恒流变合成基钻井液体系包括两种有机土、一种乳化剂、一种润湿剂以及两种流型调节剂，以达到恒流变的性能。目前，恒流变合成基钻井液体系已成功应用于墨西哥湾海域，并逐渐应用于亚洲近海海域，以及西非近海、巴西近海等地区。

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深水井救援技术探究

我国深水钻井应急救援技术与国外相比仍有巨大差距，且在南海开发过程中还面临台风等特有的风险与挑战。3）形成成套的深水救援井设计和作业技术研制一套具有自主知识产权的救援井连通探测定位工具，开展海上救援井关键技术、工艺、工具研发及实钻试验，掌握救援井设计方法及相关关键技术，形成我国深水救援井技术和作业能力。在安全条件允许下，采用尽量缩短井口间距离、减小救援井的井斜和井

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深水完井工艺优化：技术、挑战与前景

4.1.2.2深水完井管柱设计技术深水完井的管柱设计以安全、高可靠性、多功能、智能控制为特点，作业方面要保证完井作业过程中对井筒的安全控制，功能方面应该具备井下生产状态的远程监控，能够尽量减少修井频率。

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水深对钻井船定位的影响及危害

2）钻井船定位问题随水深增大越来越趋向于使用动力定位钻井船，但由于动力中断、推进器故障或恶劣海况造成的定位失效却时有发生，钻井船“随波逐流”而偏离预期位置。其造成的主要危害有：①加剧隔水管及辅助管线的交变弯曲应力，造成严重疲劳损伤，危及隔水管系统完整性；②振动隔水管扰乱了其周围的水流，导致拖曳力增大，增幅可达2倍以上。此外，大流速将导致钻井船定位困难，隔水管的起下作业随之受到影响。

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深水钻井隔水管动力学分析

另一种计算理论认为，海流只是隔水管静态分析载荷，隔水管进行动态分析时，只考虑海浪和钻井船运动，无须考虑海流的影响。两种模型不同之处在于动态分析时Morison方程的拖曳力项是否包括海流引起的水质点速度，这是两种隔水管动态响应数学模型的唯一差别。而波浪通过两种方式影响隔水管的设计：通过作用于隔水管的水动力波浪力，通过钻井船的运动响应传递函数影响作为隔水管分析边界条件的钻井船运动。

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深水表层钻井的优化设计方案

深水导管下入方式主要有钻入法和喷射法。钻井过程中必须监测浅层水流，以降低由浅层水流带来的风险。②利用三维地震特征预测浅层气／浅层流地震相，来确定目标井当地的地层结构及层位。只有当Nf≥W导管+W钻柱时，导管才能保持稳定，而不发生失稳下陷。钻压的控制与设计喷射导管钻井的主要控制参数为钻压。

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各层套管下深设计优化方案

图3-4表层导管入泥深度设计流程图3.4.4.2表层套管下入深度要求①提供足够的轴向承载能力，确保井口的稳定。

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深水钻井液流变性评价：温度和压力的影响

对于深水钻井，不但要考虑温度对钻井液流变性影响，同时还要考虑压力对钻井液流变影响。为了能够全面评价深水钻井液在不同温度和压力条件下流变性，须建立深水钻井液井下温度压力条件流变性评价方法。④在测试开始前，根据测试要求，对旋转筒中待测钻井液的温度压力条件进行调节。⑦改变测量温度或压力，按步骤③～⑥重复进行实验，测量出不同温度压力条件下钻井液体系的流变性。

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