技術(shù)| 鉆井隔水管分析技術(shù)最新進展

盡管油價將長期處于低位，但許多作業(yè)公司仍然在全球勘探和開發(fā)一些極具挑戰(zhàn)性的海上油氣資源?？碧介_發(fā)鉆井計劃的目標在一些深水地區(qū)，這些地區(qū)面臨的共同挑戰(zhàn)是作業(yè)水深較深，存在強大的洋流和海浪。

要在這些地區(qū)經(jīng)濟高效地鉆井，需要認真規(guī)劃鉆井作業(yè)，以盡量減少非生產(chǎn)時間。在規(guī)劃過程中，一個關(guān)鍵點是分析海洋鉆井隔水管系統(tǒng)，以建立特定隔水管作業(yè)（如在惡劣條件下部署和回收隔水管）的環(huán)境限制條件。

本文將討論近期的三項技術(shù)進展，它們幫助作業(yè)公司實現(xiàn)了在全球一些極具挑戰(zhàn)性的地區(qū)進行鉆井作業(yè)。這些技術(shù)進步已經(jīng)應用在了WoodGroup的DeepRiser鉆井隔水管全局分析軟件中，實現(xiàn)了鉆井隔水管系統(tǒng)的真實建模。

深水船舶漂移

使用動力定位（DP）的鉆井船已經(jīng)普遍應用于了深水和超深水鉆井作業(yè)。使用DP船進行鉆井時，主要需要考慮的問題是，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，船舶不能保持穩(wěn)定時，將會發(fā)生什么。

導致這種情況的故障類型包括喪失動力、漂移（當控制系統(tǒng)故障導致推進器將船舶推離應該停留的位置），以及一個或多個推進器故障。在這些情況中，最緊急的情況通常是喪失動力，這可能導致船舶漂移，船只被環(huán)境力推離原來的位置。

如果發(fā)生這種情況，則需要實施緊急斷開程序（EDS）。實際生產(chǎn)中，一般使用警戒圈來確保EDS及時啟動。警戒圈根據(jù)到油井的水平距離定義閾值，確定了何時必須啟動EDS。

有許多方法可以計算警戒圈的位置數(shù)據(jù)，最簡單的方法是將警戒圈定義為水深的固定百分比。但事實已經(jīng)證明，在某些情況下，這種做法可能會導致隔水管或油井損壞。鑒于此，鉆井公司已經(jīng)不再親睞此方法。

另外一種更真實的方法是對船舶進行模擬，以預測其在環(huán)境力作用下的移動路徑。最新的方法是采用一個全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個模型中，如圖。

計算警戒圈的最新方法是采用一個全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個模型中

緊急斷開情況

有許多緊急情況需要考慮，包括剛剛討論的漂離原位情形，它需要將隔水管與油井斷開連接。緊急斷開的物理原理相當復雜。在模擬這種情況時，必須考慮許多特殊因素。

第一個需要考慮的因素是隔水管張緊器系統(tǒng)的作用。在緊急斷開情況下，張緊器系統(tǒng)必須能夠做出響應，提升隔水管使LMRP與BOP斷開，同時降低施加到隔水管的總拉力。在實現(xiàn)這些動作的過程中，不能損壞任何隔水管相關(guān)設(shè)備，包括伸縮接頭、張緊環(huán)和張緊系統(tǒng)。新的鉆井隔水管分析軟件引入了一個更詳細的液壓氣動模型，程序可以模擬隔水管系統(tǒng)對緊急斷開情況做出的三維響應。

模擬緊急斷開情形的第二個挑戰(zhàn)是，斷開連接后，對隔水管內(nèi)鉆井液作用的建模。鉆井液用于控制井內(nèi)壓力，并在鉆進時將鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的鉆屑攜帶出井。在斷開連接后，隔水管內(nèi)很難留有鉆井液。這種現(xiàn)象對隔水管的行為有明顯的影響。

為了準確建模，該軟件將有限體積（FV）泥漿流動模型與隔水管FE結(jié)構(gòu)模型進行了結(jié)合。對于深水、惡劣環(huán)境中的作業(yè)，能夠精確建模尤為重要。斷開連接后，對張緊器系統(tǒng)和鉆井液的作用進行精確建模，有利于確保作業(yè)經(jīng)濟可行的同時，安全操作處理隔水管。

井口和導管模型

海洋鉆井行業(yè)最新的研究進展，這些進展包括更多地使用現(xiàn)代化的第六代移動式海上鉆井平臺，其攜帶有更大、更重的BOP組，可以向井口和井筒結(jié)構(gòu)施加更大的載荷。另一個挑戰(zhàn)是對更高水平的油井干預作業(yè)的要求，而油井干預作業(yè)則是為了最大限度地從現(xiàn)有油藏采出更多油氣資源。

多年來，行業(yè)一直在努力尋求多種方式解決這些問題，隔水管分析軟件工具也得到了進一步的開發(fā)。

更新后的軟件能夠以前所未有的精確度對井口、導管、套管、環(huán)空水泥和土壤結(jié)構(gòu)進行建模，這種精確度采用之前的隔水管全局分析工具是無法實現(xiàn)的。通過使用同心管模型，軟件可以精確對構(gòu)成井筒結(jié)構(gòu)的單層套管進行建模。

此外，該軟件還提供了一系列選項來對抵抗導管橫向運動的阻力進行建模。建模使用載荷變形曲線（P-y曲線）來完成，該曲線將土壤引起的阻力描述為導管橫向偏移的函數(shù)。井口、導管和套管的詳細模型填補了之前用于全局分析的復合模型與更復雜的三維局部模型之間的空白。雖然這些模型不能提供與局部組件模型一樣詳盡的信息，但詳細的整體模型通過全局分析可以提高疲勞壽命預測，這有助于研發(fā)局部組件模型。改進的預測結(jié)果對于證明鉆井、修井和棄井封井作業(yè)的可行性至關(guān)重要，特別是在惡劣環(huán)境中。

結(jié)論

隨著油氣行業(yè)進入一個新的市場環(huán)境，很明顯，海洋油氣資源的開發(fā)仍將在滿足世界能源需求方面發(fā)揮重要作用。隨著易于獲取的資源的枯竭，能源公司將不可避免地轉(zhuǎn)向深水、以及環(huán)境更惡劣的區(qū)域。為了確保以經(jīng)濟可持續(xù)的方式進行油氣勘探開發(fā)，油氣公司需要采用新型數(shù)字技術(shù)，以盡可能高的準確度模擬鉆井作業(yè)。WoodGroup的DeepRiser工具便是使用此技術(shù)的一種典型產(chǎn)品，它有助于提高在一些全球最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進行鉆井作業(yè)的可行性。