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深水海底泥浆举升钻井系统风险评价与控制

张鹏飞  
【摘要】:在深海钻井过程中,常规海洋钻井技术往往遇到一系列井控问题。国外石油工业界提出海底泥浆举升钻井(Subsea Mudlift Drilling,简称SMD)这一双梯度钻井技术,以克服深水钻井中地层压力与破裂压力窗口窄的问题,目前SMD技术已经得到工业应用,故有必要评价其在深水环境下的安全性并控制风险。本文主要结合国家科技重大专项课题“深水油气田开发钻完井工程配套技术”子课题“海底泥浆举升钻井技术研究”(2008ZX05026-001-12)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(09CX05008A):南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究,开展海底泥浆举升钻井风险评价及控制等方面的研究。 对海底泥浆举升钻井的国外事故进行统计分析,发现SMD事故主要是循环漏失、吸入软管失效及恶劣天气下安装困难。采用FTA、FMEA等方法分别对SMD深水钻井的环境、装备及工艺风险进行定性分析。利用AHP法进行定量风险评价,结果表明:泥浆返回管线完整性、吸入软管可靠性、吸入模块的密封性能、井下事故监测与处理等因素风险权重较大。采用有限元软件ABAQUS建立1500m/500m水深泥浆返回管线模型,进行力学分析和涡激振动疲劳分析,计算证明返回管线的安全性,并发现:等效应力和轴向应力随水深递减而递减,在顶部支撑点达到最大值,在海底泵模块处出现应力突变;最大等效应力值出现在海流与管线倾斜方向相同的流向;返回管线的上部和底部形成较大弯矩;疲劳损伤主要集中在返回管线顶端,返回管线整体疲劳损伤较小。 编写SMD安全操作规程,从装备制造角度提出关键装备的风险削减措施,提出关键装备的检测计划。建立井涌/井漏事故下的SMD系统参数模型,利用Matlab仿真,结论是可以监测海底泵泵功率、转速及泥浆池增量来判断井涌是否发生。通过数据资料进行井涌预警,建立SMD井涌的BP神经网络预警模型并进行预警,结果证明所建网络的可行性。对主要事故井涌、井漏的监测技术及响应策略进行研究。为应对浅层气大量释放及平台撤离,研究泥浆返回管线的紧急关断及快速释放系统,并利用Autocad绘制原理图。


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