深水喷射钻井导管沉入模拟的竖向承载性能试验及数值分析

摘要

随着人们对陆上石油资源的不断开采,当今世界的陆地油气储量正逐年递减。而海上钻井正逐年增多,并且正由浅水区域向深水区域进军。喷射下导管技术是为了解决海床不稳定、破裂压裂梯度底、气体水合物堵塞、浅层水流危害以及海底低温变化等浅层土地质风险难题而提出的一种新的钻井工艺。导管是井身结构中最表层的套管,它为整个套管柱、海底采油树以及井下防喷器组提供重要支撑。如果导管的竖向承载能力不足,可能会引起导管下陷、导管顶部的井口坍塌而使钻井工作无法继续,使得钻井工作失败,造成巨大损失。因此,对深水钻井的导管进行竖向承载性能分析以作为深水钻井下导管强度的设计依据,解决导管的承载性能问题成为现在深水钻井中需要迫切解决的课题之一。
　　由于成本和技术的原因,目前无法在海上现场钻井过程中开展深水喷射导管竖向承载力的研究。本课题在实验室对导管进行沉入模拟,并采用理论分析及ABAQUS数值模拟相结合的方法,分析钻头喷嘴尺寸及钻头喷嘴排量对导管竖向承载力的影响规律,研究导管加载的过程中,应力沿导管的大致分布规律。本文的主要内容如下:
　　1.根据桩基和地基基础理论,利用导管侧阻力及端阻力的计算方法,建立了导管竖向承载能力的分析模型;
　　2.在实验室内完成了导管喷射下入的模拟,分析了导管的竖向承载力随导管喷嘴尺寸和导管喷嘴流量的变化趋势,得到了导管应力的大致分布规律;
　　3.采用大型通用有限元软件ABAQUS,建立了三维有限元模型,完成了导管喷射下入后的模拟,计算了导管在不同参数下的竖向承载力,得到了导管的喷嘴尺寸和喷嘴流量对绝对距离的影响规律;
　　4.将通过实验得到的数据与数值计算结果进行了对比分析,发现数值计算结果和实验结果大致上是吻合的。
　　通过本文的研究与分析,得到了一些关于导管竖向承载力的有意结论,可以为我国的深水钻井工程提供参考。

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第一章 绪论

1. 1引言

1. 2存在的问题

1. 3本文的主要研究内容

第二章 深水喷射钻井导管竖向承载力的理论分析

2. 1深水海域地层特征及其工程性质

2. 2导管与土相互作用理论

2. 3深水钻井导管及井口的整体受力分析

2. 4导管竖向承载力的计算方法

2. 5导管承载力的时间效应

2. 6 本章小结

第三章 深水导管喷射下入的模拟试验

3. 1试验目的

3. 2试验概况

3. 3试验方案及试验步骤

3. 4试验结果及数据分析

3. 5本章小结

第四章 深水导管竖向承载特性的数值分析

4. 1 ABAQ US有限元分析软件的简介

4. 2土体的本构模型

4. 3模型参数的选取

4. 4数值计算模型的建立

4. 5数值计算结果及分析

4. 6 本章小结

第五章 数值计算结果与实验结果的对比分析

5. 1喷嘴尺寸对导管承载力影响的对比

5. 2喷嘴排量对导管承载力影响的对比

5. 3管身应力分布的对比

第六章 结论与展望

6. 1本文的结论

6. 2本文的展望

参考文献

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