深水海底泥浆举升钻井风险评价与控制

摘要

在深海钻井过程中,常规海洋钻井技术往往遇到一系列井控问题。国外石油工业界提出海底泥浆举升钻井(Subsea Mudlift Drilling,简称SMD)这一双梯度钻井技术,以克服深水井控难题,目前SMD技术已经得到工业应用,故有必要评价其在深水环境下的安全性并控制风险。本文主要结合国家科技重大专项课题“深水油气田开发钻完井工程配套技术”子课题“海底泥浆举升钻井技术研究”(2008ZX05026-001-12)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(09CX05008A):南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究,开展海底泥浆举升钻井风险评价及控制等方面的研究。
　　 对海底泥浆举升钻井的国外事故进行统计分析,发现SMD事故主要是循环漏失、吸入软管失效及恶劣天气下安装困难。采用FTA、FMEA等方法分别对SMD深水钻井的环境、装备及工艺风险进行定性分析。利用AHP法进行定量风险评价,结果表明:泥浆返回管线完整性、吸入软管可靠性、吸入模块的密封性能、井下事故监测与处理等因素风险权重较大。采用有限元软件Abaqus建立1500m/500m水深泥浆返回管线模型,进行力学分析和涡激振动疲劳分析,计算证明返回管线的安全性,并发现:等效应力和轴向应力随水深递减而递减,在顶部支撑点达到最大值,在海底泵模块处出现应力突变;最大等效应力值出现在海流与管线倾斜方向相同的流向;返回管线的上部和底部形成较大弯矩;疲劳损伤主要集中在返回管线顶端,返回管线整体疲劳损伤较小。
　　 编写SMD安全操作规程,从装备制造角度提出关键装备的风险削减措施,提出关键装备的检测计划。建立井涌/井漏事故下的SMD系统参数模型,利用Matlab仿真,结论是可以监测海底泵泵功率、转速及泥浆池增量来判断井涌是否发生。通过数据资料进行井涌预警,建立SMD井涌的BP神经网络预警模型并进行预警,结果证明所建网络的可行性。对主要事故井涌、井漏的监测技术及响应策略进行研究。为应对浅层气大量释放及平台撤离,研究泥浆返回管线的紧急关断及快速释放系统,并利用Autocad绘制原理图。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题依据和课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的研究目标、研究内容和技术方案

第2章 海底泥浆举升钻井系统与风险原理

2.1 无隔水管式海底泥浆举升钻井

2.2 风险评估技术

2.3 本章小结

第3章 海底泥浆举升钻井的风险评价

3.1 RMR事故统计分析

3.2 SMD环境风险分析

3,3 SMD装备风险评价

3.4 SMD工艺风险分析

3.5 基于AHP的SMD风险评价

3.6 本章小结

第4章 泥浆返回管线仿真分析

4.1 RMR返回管线组成

4.2 深水返回管线设计及分析

4.3 浅水返回管线设计及分析

4.4 本章小结

第5章 深水SMD钻井系统风险控制

5.1 深水井场调查与井控

5.2 基于风险降低的SMD装备开发

5.3 安全操作规程

5.4 基于风险的检测计划

5.5 本章小结

第6章 深水SMD钻井事故响应策略和应急体系配置

6.1 事故监测与预警

6.2 事故响应策略

6.3 SMD应急体系配置

6.4 本章小节

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 创新点

7.3 今后研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢