无隔水管钻井泥浆举升系统设计与控制单元研究

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目录
摘 要 ................................................................................................................................... i Abstract ................................................................................................................................ ii 第 1 章 绪论 ..........................................................................................................................1 1.1 课题研究背景及意义 .................................................................................1 1.2 双梯度钻井技术原理 .................................................................................2 1.3 国内外研究现状 .........................................................................................3 1.4 课题主要研究内容 .....................................................................................5 第 2 章 无隔水管钻井技术方案 ...........................................................................................7 2.1 浅水无隔水管钻井技术方案 ......................................................................7 2.2 深水无隔水管钻井技术方案 .................................................................... 18 2.3 本章小结................................................................................................... 28 第 3 章 海底泥浆举升系统分析与计算 ............................................................................. 30 3.1 3.2 3.3 3.4 海底泥浆举升系统水力学分析 ................................................................ 30 海底泥浆举升系统电力系统分析 ............................................................ 35 锚定系统受力分析 ................................................................................... 42 本章小结............................................................................................单位代码：10425 学 号：S10040618
无隔水管钻井泥浆举升系统设计与控制单元研究
Study on Riserless Mud-lift Drilling System Design and Control Unit
学科专业： 机械工程 研究方向： 海洋石油装备 作者姓名： 葛瑞一 指导教师： 陈国明 教授 李伟 副教授
Associate Professor
College of Mechanical & Electronic Engineering China University of Petroleum (East China)
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰 写过的研究成果， 也不包含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
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star/stop and liquid level automatic control, normal drilling conditions control, well kick and leakage detection. Experimental verified riserless drilling process. Key words: riserless drilling technology, subsea mud-lift system, hydraulics calculation, well control
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无隔水管钻井泥浆举升系统设计与控制单元研究 摘 要
双梯度钻井技术在理论上可以解决传统海洋钻井技术在深水中遇到的技术难题。但 在诸多双梯度实现方法和系统中，仅有挪威 AGR 公司研究的无隔水管钻井技术得到广 泛的工业应用，获得显著的经济和环境效益。本文主要结合国家科技重大专项——大型 油气田及煤层气开发子课题海底泥浆举升钻井技术研究(2008ZX05026-001-12)，开展无 隔水管钻井泥浆举升系统设计与控制单元研究。主要研究进展和成果如下： 1 无隔水管钻井技术方案 在跟踪和研究国外相关技术基础上，结合我国 500-1500m 水深钻井作业环境特点， 研究 500m 浅水无隔水管钻井方案及 1500m 深水无隔水管钻井方案， 包括总体的方案介 绍，主要设备、工艺流程和技术特点等。 2 海底泥浆举升系统分析计算 无隔水管钻井技术与常规钻井技术最大的不同在于拥有海底泥浆举升系统，是该技 术的关键难题。通过水力学计算获得泥浆返回管线的水力参数，并以此为依据设计电力 系统和信号通讯方案，最后进行力学分析，获得返回管线及海底锚块的结构参数。 3 无隔水管钻井井控技术 由于无隔水管钻井技术的特殊性，存在钻井过程中钻井液无法充满钻杆的情况，同 时供液泵在停泵后系统会出现 U 型管效应。 在井筒内水力学计算的基础上获得不同工况 下钻井液的流动情况及井内压力情况，研究 U 型管效应和浅层作业事故的应对方案。 4 浅水无隔水管钻井工艺模拟试验 在 SMD 试验平台的基础上进行改造，搭建 SRMD 工艺模拟试验平台。较系统地研 究无隔水管钻井系统的控制与监测技术，基于 LabVIEW 开发试验平台的软件系统。对 泵启停及液位自动控制、正常钻井工况控制、井涌井漏检测等无隔水管钻井工况进行模 拟试验，实现了无隔水管钻井工艺流程的验证。 关键词：无隔水管钻井技术；海底泥浆举升系统；水力学计算；井控
二〇一三年六月
Study on Riserless Mud-lift Drilling System Design and Control Unit
A Thesis Submitted for the Degree of Maste r
Candidate: Ge Ruiyi Supervisor： Professor Chen Guo-ming Li Wei
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学位论文使用授权书
本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密论文在解密后应遵守此规定)。
学位论文作者签名： 指导教师签名：
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Study on Riserless Mud-lift Drilling System Design and Control Unit Abstract
Dual-gradient drilling technology can solve the problems associated with deepwater drilling in theory. It has been researched and developed at abroad in 1960s. Among all the implementation methods, only riserless drilling technology obtains a wide range of commercial applications at abroad, and access to significant economic and environmental benefits. The paper supported by the project of “Research on Subsea Mud -lift Drilling Technology (2008ZX0526-001-12)” sponsored by National Science and Technology Major Special Project. Undertakes the research of riserless drilling technology design and control unit, which is meaningful to the system. The main work is summarized as follows: 1. Proposals for riserless drilling technology in different water depth Based on studying of related technology abroad, combined with 500-1500m water depth drilling environmental characteristics, put forward new proposals for riserless drilling technology in different water depth. It includes the overall program, major equipment, drilling program, technical characteristics and so on. 2. Design of subsea mud-lift system The biggest difference between riserless drilling technology and conventional riser drilling technology is whether owns subsea mud-lift system on not. The system is the key challenges of the technology. The mud return pipeline Hydraulic parameters were got by Hydraulics calculation. It’s a basis for design of power systems and signal communications solutions. Mechanical analysis was done to obtain structural parameters of mud return pipeline and seabed anchor block. 3. Well control of riserless drilling technology Due to the special nature of riserless drilling technology, it exists the situation that drill pipe can’t be filled with drilling fluid. There is U-tube effect after the pump on deck stopped. We do wellbore hydraulics calculation to obtain the flow of drilling fluid and the well pressure situation under different conditions. We also study the response program of U-tube effect and the shallow-job accident. 4. Process simulation test of SRMD We transform SMD test platform into SRMD process simulation test platform. More systematic study of SRMD control and monitoring technology, we develop testing platform software system based on LabVIEW. Carried riserless mud-lift drilling test, include pump