專利名稱：海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上石油勘探技術(shù)，尤其是一種用于解決海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度合理確定的方法。
背景技術(shù)：
在海上石油的勘探中，鉆井隔水導(dǎo)管的入泥深度對(duì)于整個(gè)石油的勘探、開(kāi)采起著重要的作用，如果入泥深度過(guò)小，就會(huì)造成井口的失穩(wěn)、下陷等海上復(fù)雜事故；如果入泥深度過(guò)大，就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。而目前，鉆井隔水導(dǎo)管的入泥深度一般均為經(jīng)驗(yàn)值50米左右，在不同的海域，海況條件的不同，對(duì)于鉆井隔水導(dǎo)管的入泥深度要求亦不相同，而此時(shí)還是選擇相同的入泥深度50米，則存在著不合理性，入泥深度過(guò)淺，將導(dǎo)致井口的失穩(wěn)、下陷等海上事故，造成人員傷亡、和經(jīng)濟(jì)損失；入泥深度過(guò)深，造成設(shè)備的過(guò)多浪費(fèi)，也就是經(jīng)濟(jì)的過(guò)多浪費(fèi)。所以，如何確定合理鉆井隔水導(dǎo)管的入泥深度成為石油勘探技術(shù)中的一個(gè)急待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的確定方法，合理的確定出鉆井隔導(dǎo)管入泥深度，避免經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，減少海上由于鉆井隔導(dǎo)管入泥深度過(guò)淺而導(dǎo)致的海上事故。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的確定方法，包括如下步驟步驟100按照隔水導(dǎo)管只作為泥漿循環(huán)的通道情況，進(jìn)行隔水導(dǎo)管入泥深度計(jì)算，即隔水導(dǎo)管入泥深度必須滿足導(dǎo)管鞋處的流體液柱壓力P小于導(dǎo)管鞋處的地層破裂壓力Pf。
隔水導(dǎo)管建立起只作為泥漿循環(huán)的通道時(shí)的最小入泥深度hmin應(yīng)滿足下式 其中，n安全系數(shù)，一般取為1.5；Pf導(dǎo)管鞋處地層的破裂壓力，MPa；見(jiàn)后面計(jì)算P耗導(dǎo)管段層流的環(huán)空壓力損耗，MPa；見(jiàn)后面計(jì)算ρmud使用的流體密度，g/cm3；取值來(lái)自表2中的泥漿密度值L井口到海底泥面隔水導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m。取值來(lái)自表1中的水深值加上表3中的防噴器高度值步驟200當(dāng)隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，確定隔水導(dǎo)管不發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小入泥深度Hmin。
由隔水導(dǎo)管受力分析可知，在垂直方向上受力平衡方程是N上+W自重＝N下+Nf式中，N上為井口施加給隔水導(dǎo)管的軸向載荷(包括防噴器重量)，t；W自重為隔水導(dǎo)管的重量，t；N下為隔水導(dǎo)管底部受到的承載力，t；Nf為隔水導(dǎo)管側(cè)向受到的摩擦力，t；只有當(dāng)N上+W自重≤N下+Nf時(shí)，隔水導(dǎo)管才能保持穩(wěn)定，而不發(fā)生失穩(wěn)下陷。因此，該最小入泥深度Hmin應(yīng)滿足如下的公式 其中，m為隔水導(dǎo)管的外徑，m；取值來(lái)自表3中的導(dǎo)管外徑值δ為隔水導(dǎo)管的壁厚，m；取值來(lái)自表3中的導(dǎo)管壁厚值γ鋼為導(dǎo)管鋼材的密度，t/m3；取值為7.8
f浮為隔水導(dǎo)管在鉆井液中的浮力系數(shù)；取值為0.8f為隔水導(dǎo)管的側(cè)壁單位摩擦力，t/m2；f＝αSu，α為粘著系數(shù)，可根據(jù)不同土的性質(zhì)查表得到；Su為不排水抗剪強(qiáng)度，取值來(lái)自表1中的不排水抗剪強(qiáng)度值。
L為井口到海底泥面隔水導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m；取值來(lái)自表1中的水深值加上表3中的防噴器高度值N地極承為海底土的極限承載力，t。取值見(jiàn)下面計(jì)算公式N上為井口施加給隔水導(dǎo)管的軸向載荷，包括防噴器重量，t。取值來(lái)自表3中的上部載荷值步驟300比較hmin和Hmin的大小，取其最大值作為最終隔水導(dǎo)管的最小入泥深度。
因?yàn)閔min和Hmin之間的最大值，既滿足了保證鉆井液的正常循環(huán)，又保證了隔水導(dǎo)管的穩(wěn)定而不發(fā)生失穩(wěn)，這是現(xiàn)場(chǎng)工程上的要求。對(duì)于隔水導(dǎo)管最小的入泥深度是一個(gè)為了鉆井工程安全的最低限定值，這就要求現(xiàn)場(chǎng)隔水導(dǎo)管的下入深度必須大于這個(gè)值，否則在鉆井施工過(guò)程中會(huì)發(fā)生套管鞋處鉆井液泄漏或隔水導(dǎo)管失穩(wěn)下陷等復(fù)雜事故，但是如果隔水導(dǎo)管下入深度的過(guò)大，勢(shì)必會(huì)造成隔水導(dǎo)管用量增大，工程費(fèi)用增加，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。
其中，所述步驟100中的導(dǎo)管鞋處地層的破裂壓力Pf應(yīng)滿足如下公式Pf＝τmax＝c+ptg，其中，式中p為施加在土體上的正應(yīng)力，MPa；其計(jì)算公式 τmax為海底土的最大抗剪強(qiáng)度，MPa；c為海底土的內(nèi)粘聚力，MPa，通過(guò)對(duì)土樣測(cè)量得到；取值來(lái)自表1中的內(nèi)粘聚力值為海底土的內(nèi)摩擦角，單位為度，通過(guò)對(duì)土樣測(cè)量得到。取值來(lái)自表1中的內(nèi)摩擦角值另外，所述步驟100中的導(dǎo)管段層流的環(huán)空壓力損耗P耗應(yīng)滿足如下的公式 其中，L1為計(jì)算導(dǎo)管長(zhǎng)度，m；取值來(lái)自表1中的水深加上土深，再加上表3中的防噴器高度值Q為流體排量，l/s；取值來(lái)自表2中的排量值D為隔水導(dǎo)管的內(nèi)徑，cm；取值來(lái)自表2中的導(dǎo)管內(nèi)徑值Dp為鉆柱的外徑，cm；取值來(lái)自表2中的鉆柱外徑值μ為流體的粘度，pa.s。取值來(lái)自表2中的粘度值本發(fā)明可根據(jù)不同海域海底地質(zhì)及海況的具體條件，確定海上鉆井隔水導(dǎo)管的合理入泥深度，滿足不同油田鉆井技術(shù)的要求，既減少因隔水導(dǎo)管入泥深度引起的海上事故，又避免了經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)，達(dá)到了既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的流程圖，步驟1進(jìn)行海洋工程地質(zhì)調(diào)查，得到以下參數(shù)海底土的內(nèi)粘聚力c，單位為MPa；海底土的內(nèi)摩擦角，單位為度；通過(guò)測(cè)量，得到土深值H土深，根據(jù)計(jì)算公式 得到施加在土體上的正應(yīng)力p，單位為MPa。
步驟2根據(jù)以上測(cè)量得到的參數(shù)，并根據(jù)公式Pf＝τmax＝c+ptg計(jì)算出導(dǎo)管鞋處地層的破裂壓力Pf步驟3測(cè)得隔水導(dǎo)管的參數(shù)隔水導(dǎo)管的外徑m，單位為m；隔水導(dǎo)管的壁厚δ，單位為m；導(dǎo)管鋼材的密度γ鋼，單位為t/m3；隔水導(dǎo)管在鉆井液中的浮力系數(shù)f??；隔水導(dǎo)管的側(cè)壁單位摩擦力f，單位為t/m2；步驟4根據(jù)以上測(cè)得的參數(shù)，并根據(jù)公式N地極承＝NcSuA式中，N地極承-粘性土層的極限承載力，t；Nc-承載系數(shù)，從系數(shù)表中獲得；Su-導(dǎo)管底部土壤的平均不排水抗剪強(qiáng)度，t/m2，取值來(lái)自表1中的不排水抗剪強(qiáng)度；A-導(dǎo)管斷面的面積，m2，由表3中的導(dǎo)管外徑計(jì)算得到。
計(jì)算出隔水導(dǎo)管底部極限承載N地極承。
步驟5測(cè)量井口參數(shù)井口到海底泥面隔水導(dǎo)管的長(zhǎng)度L，單位為m；步驟6測(cè)量防噴器參數(shù)，主要是防噴器重量及井口其他載荷N上，t；步驟7根據(jù)公式 計(jì)算隔水導(dǎo)管建立起只作為泥漿循環(huán)的通道時(shí)的最小入泥深度hmin。
步驟8根據(jù)公式 計(jì)算隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，確定隔水導(dǎo)管不發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小入泥深度Hmin。
步驟9根據(jù)步驟7和步驟8的計(jì)算結(jié)果，取其最大值作為綜合條件下隔水導(dǎo)管最小入泥濃度。
以下以渤海NB35-2CEP平臺(tái)的應(yīng)用作為具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
首先對(duì)NB35-2CEP平臺(tái)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣，對(duì)取得土樣進(jìn)行測(cè)量化驗(yàn)后得到表1所示的土質(zhì)性質(zhì)；
然后，獲取NB35-2CEP平臺(tái)鉆井工程參數(shù)，其中，NB35-2CEP平臺(tái)鉆井施工參數(shù)如表2所示；NB35-2CEP平臺(tái)鉆井載荷基本參數(shù)如表3所示；隔水導(dǎo)管下入泥深度對(duì)應(yīng)的土質(zhì)性質(zhì)為粘土。
隔水導(dǎo)管建立起只作為泥漿循環(huán)的通道時(shí)的最小入泥深度hmin是首先通過(guò)表1海底土的力學(xué)參數(shù)，計(jì)算得到海底土的破裂壓力值，然后利用公式 計(jì)算得到。本地區(qū)計(jì)算得到的這個(gè)值是32.4米。
隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，確定隔水導(dǎo)管不發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小入泥深度Hmin，首先根據(jù)表1中的參數(shù)值，計(jì)算出N地極承，并且，井口載荷為85.0噸(其中井口防噴器重量設(shè)為30.0噸、套管頭0.5噸、13 3/8″套管重量54.5噸(長(zhǎng)度600米)。
根據(jù)表2和表3的參數(shù)值計(jì)算出f浮，然后代入公式 計(jì)算得到Hmin＝42.32米；取以上兩個(gè)值的最大值，作為本地區(qū)24英寸隔水導(dǎo)管最小的入泥深度值，這個(gè)值是42.32米。
表1
表2

表3

最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種確定海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的方法，其特征在于包括如下步驟步驟100按照隔水導(dǎo)管只作為泥漿循環(huán)的通道情況，進(jìn)行隔水導(dǎo)管入泥深度計(jì)算，隔水導(dǎo)管建立起只作為泥漿循環(huán)的通道時(shí)的最小入泥深度hmin應(yīng)滿足下式 其中，n安全系數(shù)，一般取為1.5；Pf導(dǎo)管鞋處地層的破裂壓力，MPa；P耗導(dǎo)管段層流的環(huán)空壓力損耗，MPa；ρmud使用的流體密度，g/cm3；L井口到海底泥面隔水導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m。步驟200當(dāng)隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，確定隔水導(dǎo)管不發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的最小入泥深度Hmin，該最小入泥深度Hmin應(yīng)滿足如下的公式 其中，m為隔水導(dǎo)管的外經(jīng)，m；δ為隔水導(dǎo)管的壁厚，m；γ鋼為導(dǎo)管鋼材的密度，t/m3；f浮為隔水導(dǎo)管在鉆井液中的浮力系數(shù)；f為隔水導(dǎo)管的側(cè)壁單位摩擦力，t/m2；L為井口到海底泥面隔水導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m；N地極承為海底土的極限承載力，t。N上為井口施加給隔水導(dǎo)管的軸向載荷，包括防噴器重量，t。步驟300比較hmin和Hmin的大小，取其最大值作為最終隔水導(dǎo)管的最小入泥深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的方法，其特征在于所述步驟100中的導(dǎo)管鞋處地層的破裂壓力Pf應(yīng)滿足如下公式Pf＝τmax＝c+ptg，其中，式中p為施加在土體上的正應(yīng)力，MPa；其計(jì)算公式 τmax為海底土的最大抗剪強(qiáng)度，MPa；c為海底土的內(nèi)粘聚力，MPa；為海底土的內(nèi)摩擦角，單位為度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的方法，其特征在于所述步驟100中的導(dǎo)管段層流的環(huán)空壓力損耗P耗應(yīng)滿足如下的公式 其中，L1為計(jì)算導(dǎo)管長(zhǎng)度，m；Q為流體排量，l/s；D為隔水導(dǎo)管導(dǎo)管的內(nèi)徑，cm；Dp為鉆柱的外徑，cm；μ為牛頓流體的粘度，pa.s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的方法，其特征在于在步驟100之前還包括調(diào)查海底土質(zhì)及土質(zhì)分析。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的確定方法，包括按照隔水導(dǎo)管只作為泥漿循環(huán)的通道情況，計(jì)算最小入泥深度h
文檔編號(hào)E21B47/001GK1670332SQ20041000865
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者楊進(jìn), 周衛(wèi)華 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)