海上钻完井井口载荷选取准则

海上钻完井井口载荷选取准则

【摘要】海上钻完井结构导管强度及井口稳定性直接关系到钻完井施工及油气生产作业的安全，井口载荷是结构导管强度校核和井口稳定性分析的关键影响因素，针对目前海上钻完井设计及施工中对井口载荷计算缺乏有效的理论依据和选取准则，计算结果偏于保守的状况，根据浅水区水上和深水区水下井口布置和井身结构设计情况，建立了海上钻完井井口载荷选取准则。该井口载荷选取准则已在多个海上油气田得到了成功应用，提高了海上钻完井作业效率和安全性。

【关键词】海上钻完井水泥浆井口载荷准则

结构导管强度校核和井口稳定性分析是海上钻完井方案设计及施工中考虑的重要环节，目前，国内外该问题的研究主要集中在海洋环境和井场参数对结构导管入泥深度设计和水下井口稳定性分析方面[1-4]，而对于井口载荷的计算方法和选取准则缺乏研究，现场作业中井口载荷选择往往过于保守，常导致结构导管入泥深度过大，使得结构导管打桩锤入或喷射下入困难，对井口选型也带来了较大影响。本文通过井口载荷布置情况进行深入分析，并根据浅水区水上井口和深水区水下井口在井口构成和载荷分布上的区别，建立海上钻完井井口载荷计算方法和选取准则，以指导现场作业。

1 钻完井水上/水下井口构成

海上小于300米水深区域进行钻完井作业常采用水上井口，井口布置在导管架或自升式钻井平台上，距离海平面约25～30m，井口处悬挂多层套管，上部安装有防喷器或采油树，水上井口通过结构导管与海底建立通道。结构导管为下入钻柱及钻完井液循环提供通道，并为井口提供结构支撑，须能抵抗风、浪、流海洋环境载荷作用，在渤海等高纬度海域还须考虑冰载的影响。此外，在实际工程中，通常沿导管长度一定位置安装导向孔以此来保证导管能够正常工作。

海上大于300米水深区域进行钻完井作业常采用水下井口，井口距离海底泥线2-5m，井口处悬挂多层套管，通过结构导管与海底连通，结构导管绝大部分都安装在海床中。钻井作业时，井口上部安装有重达200-300t的水下防喷器系统，并通过隔水管与深水浮式平台建立钻柱下入和钻完井液循环通道，隔水管为防喷器系统提供部分上提力，以减少水下井口在轴向承担的载荷。深水水下井口处常安装防沉板，以防井口及结构导管下沉。

2 井口载荷选取准则分析

由海上钻完井井口构成及构成可知，井口-结构导管系统所受载荷主要包括自重、海洋环境载荷、地层约束和防喷器系统及套管悬

挂等施加的井口载荷。海上钻完井井口载荷通常较大，浅水区可达120-200t，深水区可达200-300t，因此对结构导管入泥深度设计、强度校核和井口稳定性分析影响很大，如计算选取不当将造成严重的安全问题。目前，各海上油气田计算井口载荷时常考虑了井下多层套管重量，而没有对各层套管间固井水泥环对井口承载力的影响进行分析，使得计算结果往往过于保守，计算精确度低，与海上实际作业情况差距大。因此，有必要提出一种新的准确合理的井口载荷计算方法，指导现场作业。

2.1 浅水区水上井口载荷计算方法

为满足结构导管入泥深度设计和井口稳定性校核要求，需要准确的计算结构导管单独承担的最大井口载荷，经分析可知，二开表层套管固井施工时水泥浆未出套管鞋时刻，由于没有固井水泥环或地层给表层套管提供支撑力，井下水泥浆等所有载荷都通过表层套管传递悬挂至井口，由结构导管单独承担此时的所有载荷，井口稳定性处于最危险时刻，该工况应作为井口载荷计算分析的依据。

井口载荷主要由套管头重量、表层套管重量、固井水泥浆重量组成，同时，为安全考虑，还需附加表层套管固井后安装的防喷器系统或采油树的重量。

因此，在表层套管固井最危险工况下，载荷计算模型为，（式3）

式中，ws—参考点以上的没水隔水管重量，kn；fwt—没水重量公差系数（最小值=1.05，除精确测量以外）；bn—参考点以上的漂浮材料的净浮力，kn；fbt—因弹性压缩、长期吸水和制造容差的浮力损失和容差系数（最大值=0.96，除额定深度时压缩情况下准确的没水测量值）；ai—隔水管内部横截面积，包括节流、压井和辅助液体管线，m2；dm—钻井液比重，kg/m3；hm—至参考点的钻井液柱，m；dw—海水比重，kg/m3；hw—至参考点的海水柱，包括风暴大潮和风暴潮，m；n—支撑隔水管的张力器的数量；n—出现突然失效的张力器的数量，取为1；rf—用以计算倾角和机械效率的滑环处的垂直张力与张力器设置之间的换算系数，取为0.95。

3 应用情况

海上钻完井井口载荷选取准则，已在国内外多个浅水和深水海域多个海上油气田结构导管入泥深度设计、强度校核和井口稳定性分析中得到了成功应用，海上应用实践表明，由该准则求得的结构导管入泥深度设计值与实际值吻合度高，结构导管强度校核井口稳定性分析也满足了海上安全作业要求。4 结论

井口载荷是结构导管强度校核和井口稳定性分析的关键影响因

素，合理的井口载荷选取准则能在保证海上钻完井作业安全的前提下，提高作业效率，节省经济费用。本文提出的井口载荷计算方法和选取准则满足了浅水区水上井口和深水区水下井口设计和施工

作业要求，取得了良好的应用效果。

参考文献

[1] yang jin，liu shujie，zhou jianliang，et al.research of conductor setting depth using jetting in the surface of deepwater[r].spe 130523，2010

[2] 杨进，周建良，刘书杰，等.深水表层结构导管钻井技术[m].北京：石油工业出版社，2012

[3] 杨进，刘书杰，姜伟，等.ansys在海洋石油工程中的应用[m].北京：石油工业出版社，2009