作业窗口的主要作用是确保隔水管可以正常钻井, 同时是连接非钻井与启动脱离程序的重要界限, 可以给不同钻井阶段提供决策指导, 使得隔水管可以发挥出其最大作用。作业窗口主要分为钻井平台偏移、风浪组合载荷等形式。
(1) 隔水管连接作业模型以南海完井作业为例, 隔水管连接作业系统, 即钻井平台-隔水管-钻井井口, 在这个系统中包括浮式钻井装置、接头, 还有伸缩节、钻井隔水管, 以及LMRP、采油树与井口、导管、土壤等。
计算模型分析:该计算模型的上部边界, 在上挠性接头和张紧器位置处终止, 其中浮式钻井装置, 主要是利用其运动, 以此强迫位移边界, 该装置要设置在挠性接头与张紧器上;该模型的下部边界, 在导管与土壤位置处终止, 在完井作业时, 水下井口系统需要承受各种压力, 包括由于隔水管底部的挠性接头位置, 所产生的横向作用力, 以及竖向作用力;由防喷器与套管柱, 做产生的重力;由防喷器和井口, 承受的横向海流力, 所带来的压力;土壤 (泥线以下) 给套管, 带来的承载力, 包括横向与纵向承载力;LMRP/BOP组带来的压力, 主要是因为井口发生倾斜, 最终产生附加弯矩, 所造成的压力。
(2) 隔水管连接作业窗口模型分析在这次完井作业中, 使用有限元分析软件 (ABAQUS) , 来建立隔水管连接作业窗口模型分析模型, 即隔水管-井口系统的有限元分析模型, 在模型构建的过程中, 要做好各项数据计算工作, 包括要确定隔水管在作业过程中, 所需要的张紧力, 确定后将其作为集中力, 并将其施加在隔水管顶部, 需要注意的是技术人员需要根据相关的理论模型, 以及数据的具体算法, 确保模型的各项数据的准确性。
除此之外做好各项模拟试验, 以此确保隔水管作业的质量, 确保其性能可以满足作业的需求, 譬如:可以采用管单元, 来模拟隔水管柱, 做好隔水柱模型分析;使用弹簧单, 来模拟导管与土壤之间的作用力, 分析隔水管所承受的压力;使用AQUA模块, 来模拟并分析波流载荷给隔水管造成的压力;同时还可以使用管单元, 用来模拟井口, 或者导管、水泥环、表层套管等, 做好窗口模拟分析, 以此确保隔水管连接作业窗口的应用效率。
在不同的作业模式下, 限制隔水管连接的因素不同, 其中主要有顶部、接头转角、隔水管最大效应力、导管最大效应力等。在连接钻井作业模式下, 其顶部挠性接头的最大转角为2°、底部挠性的最大转角为2°、最大等效力和屈服强度的比值为0.67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为0.67、冲缩节冲程不超过19.8m。
在连接非钻井模式时, 其顶部挠性接头的最大转角为9°、底部挠性的最大转角为9°、最大等效力和屈服强度的比值为0.67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为0.80、冲缩节冲程不超过19.8m。在启动脱离作业模式下, 其顶部挠性接头的最大转角为9°、底部挠性的最大转角为9°、最大等效力和屈服强度的比值为0.67、导管的最大等效力和屈服强度的比值为1.00、冲缩节冲程不超过19.8m。在确定连接流程时, 还需要做好工况划分, 计算与分析, 确定最终的连接作业窗口。
首先, 顶张力因素。在张力比倍数较大, 则隔水管钻井的作业窗口, 也就越大, 相反连接非钻业窗口就越小, 而且启动脱离程序的窗口也就越小。产生这一情况, 主要是由于顶张力越大, 可以进一步提高隔水管的抗弯刚度, 同时可以减少挠性接头的转角, 使得钻井窗口平台的偏移值增家, 同理得知顶张力大, 则导管底部的弯矩大, 连接非钻井的窗口小, 启动脱离程序的窗口小。
其次, 钻井业密度因素。根据工程实例数据表明, 当钻井液的密度增加, 随之隔水管钻井的窗口则会变小, 相反连接非钻井窗口会增大, 启动脱离程序的窗口也会增大。换言之, 钻井的窗口大小变化如下:当钻井液的密度增大时, 隔水管的底部张力, 则会变得越来越小, 而隔水管的抗弯刚度也会越来越小, 进而使得隔水管的转角越来越大, 最终造成钻井窗口的平台最大偏移值变小。对于启动脱离程序连接窗口与连接非钻井窗口来说, 当钻井液的密度增加时, 隔水管的张力则会变小, 当钻井液的密度增加时, 隔水管的有效张力则会减小, 使得导管底部的弯矩变小, 最终造成连接窗口变大。
综上所述, 在确定隔水管连接作业窗口时, 不可以盲目的借鉴国外的经验, 而是要基于我国深海的实际情况, 充分考虑季风因素等的影响, 并根据作业窗口的准则与流程, 准确的计算出作业窗口, 确保深水钻井的工作效率, 提高油气勘探与开发的效率。
摘要：随着石油资源日益枯竭, 深水油气开发已经成为主要领域, 在深海石油勘探与开发中, 钻井隔水管是应用较为广泛的工具, 也是决定深水钻井成功与否的关键, 因此做好钻井隔水管研究, 有着现实的意义, 本文笔者对深水钻井隔水管连接作业窗口, 做了简单的论述。
关键词：深水,钻井隔水管,连接作业窗口
[1] 鞠少栋, 畅元江, 陈国明, 刘秀全, 许亮斌, 王荣耀.深水钻井隔水管连接作业窗口分析[J].石油勘探与开发, 2012, (01) .
[2] 刘秀全, 陈国明, 畅元江, 刘康, 张磊, 许亮斌.台风条件下深水钻井隔水管触底事故分析及对策[J].石油勘探与开发, 2013, (06) .
