技术| 钻井隔水管分析技术最新进展

尽管油价将长期处于低位，但许多作业公司仍然在全球勘探和开发一些极具挑战性的海上油气资源。勘探开发钻井计划的目标在一些深水地区，这些地区面临的共同挑战是作业水深较深，存在强大的洋流和海浪。

要在这些地区经济高效地钻井，需要认真规划钻井作业，以尽量减少非生产时间。在规划过程中，一个关键点是分析海洋钻井隔水管系统，以建立特定隔水管作业（如在恶劣条件下部署和回收隔水管）的环境限制条件。

本文将讨论近期的三项技术进展，它们帮助作业公司实现了在全球一些极具挑战性的地区进行钻井作业。这些技术进步已经应用在了WoodGroup的DeepRiser钻井隔水管全局分析软件中，实现了钻井隔水管系统的真实建模。

深水船舶漂移

使用动力定位（DP）的钻井船已经普遍应用于了深水和超深水钻井作业。使用DP船进行钻井时，主要需要考虑的问题是，如果系统发生故障，船舶不能保持稳定时，将会发生什么。

导致这种情况的故障类型包括丧失动力、漂移（当控制系统故障导致推进器将船舶推离应该停留的位置），以及一个或多个推进器故障。在这些情况中，最紧急的情况通常是丧失动力，这可能导致船舶漂移，船只被环境力推离原来的位置。

如果发生这种情况，则需要实施紧急断开程序（EDS）。实际生产中，一般使用警戒圈来确保EDS及时启动。警戒圈根据到油井的水平距离定义阈值，确定了何时必须启动EDS。

有许多方法可以计算警戒圈的位置数据，最简单的方法是将警戒圈定义为水深的固定百分比。但事实已经证明，在某些情况下，这种做法可能会导致隔水管或油井损坏。鉴于此，钻井公司已经不再亲睐此方法。

另外一种更真实的方法是对船舶进行模拟，以预测其在环境力作用下的移动路径。最新的方法是采用一个全耦合图版，它将隔水管和船舶集成到了单个模型中，如图。

计算警戒圈的最新方法是采用一个全耦合图版，它将隔水管和船舶集成到了单个模型中

紧急断开情况

有许多紧急情况需要考虑，包括刚刚讨论的漂离原位情形，它需要将隔水管与油井断开连接。紧急断开的物理原理相当复杂。在模拟这种情况时，必须考虑许多特殊因素。

第一个需要考虑的因素是隔水管张紧器系统的作用。在紧急断开情况下，张紧器系统必须能够做出响应，提升隔水管使LMRP与BOP断开，同时降低施加到隔水管的总拉力。在实现这些动作的过程中，不能损坏任何隔水管相关设备，包括伸缩接头、张紧环和张紧系统。新的钻井隔水管分析软件引入了一个更详细的液压气动模型，程序可以模拟隔水管系统对紧急断开情况做出的三维响应。

模拟紧急断开情形的第二个挑战是，断开连接后，对隔水管内钻井液作用的建模。钻井液用于控制井内压力，并在钻进时将钻头破碎岩石产生的钻屑携带出井。在断开连接后，隔水管内很难留有钻井液。这种现象对隔水管的行为有明显的影响。

为了准确建模，该软件将有限体积（FV）泥浆流动模型与隔水管FE结构模型进行了结合。对于深水、恶劣环境中的作业，能够精确建模尤为重要。断开连接后，对张紧器系统和钻井液的作用进行精确建模，有利于确保作业经济可行的同时，安全操作处理隔水管。

井口和导管模型

海洋钻井行业最新的研究进展，这些进展包括更多地使用现代化的第六代移动式海上钻井平台，其携带有更大、更重的BOP组，可以向井口和井筒结构施加更大的载荷。另一个挑战是对更高水平的油井干预作业的要求，而油井干预作业则是为了最大限度地从现有油藏采出更多油气资源。

多年来，行业一直在努力寻求多种方式解决这些问题，隔水管分析软件工具也得到了进一步的开发。

更新后的软件能够以前所未有的精确度对井口、导管、套管、环空水泥和土壤结构进行建模，这种精确度采用之前的隔水管全局分析工具是无法实现的。通过使用同心管模型，软件可以精确对构成井筒结构的单层套管进行建模。

此外，该软件还提供了一系列选项来对抵抗导管横向运动的阻力进行建模。建模使用载荷变形曲线（P-y曲线）来完成，该曲线将土壤引起的阻力描述为导管横向偏移的函数。井口、导管和套管的详细模型填补了之前用于全局分析的复合模型与更复杂的三维局部模型之间的空白。虽然这些模型不能提供与局部组件模型一样详尽的信息，但详细的整体模型通过全局分析可以提高疲劳寿命预测，这有助于研发局部组件模型。改进的预测结果对于证明钻井、修井和弃井封井作业的可行性至关重要，特别是在恶劣环境中。

结论

随着油气行业进入一个新的市场环境，很明显，海洋油气资源的开发仍将在满足世界能源需求方面发挥重要作用。随着易于获取的资源的枯竭，能源公司将不可避免地转向深水、以及环境更恶劣的区域。为了确保以经济可持续的方式进行油气勘探开发，油气公司需要采用新型数字技术，以尽可能高的准确度模拟钻井作业。WoodGroup的DeepRiser工具便是使用此技术的一种典型产品，它有助于提高在一些全球最具挑战性的环境中进行钻井作业的可行性。