深水钻井导管喷射下入施工技术

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摘 要：喷射导管下入技术是深水钻井施工中的一项关键技术，本文通过理论研究分析和现场模拟试验，研究了喷射导管侧向摩擦力与海底土性质关系，建立了海底土强度与导管喷射后静止时间的关系模型；结合深水喷射导管施工过程，对钻井导管喷射过程中受力情况进行了分析，建立了喷射导管下入深度的计算模型。

关键词：深水 表层导管 喷射下入 入泥深度

一、引言

自上世纪90年代以来，深水石油勘探日益成为热点，世界范围内的石油大发现越来越多地来自深水区域。

深水海域浮式钻井装置采用常规的下入表层导管方法常常会出现一些十分棘手的困难：其一，钻井眼时由于地层松软，容易出现井壁冲刷，甚至垮塌现象；其二，由于海流和涌浪的影响，导管鞋还是难以对准井口有时甚至找不到井口而报废；其三，固井作业中易造成水泥返高达不到设计要求，造成固井作业失败；其四，常规下表层导管方法的现场作业时效低和作业费用高。

二、 深水表层导管下入技术现状

1.国内外技术现状

在国内，目前由于深水钻井数量很少，2007年只有husky公司在我国南海地区钻出我国第一口水深超千米的深水探井LW3-1-1井，该海域水深为1482米，该井完钻井深3843米。该井在钻井作业过程中，采用了喷射导管下入技术，由于该井的作业者是一家外国石油公司，所以该技术的关键技术和核心资料对中方人员保密。

2.喷射法下钻井导管技术

喷射导管钻井技术采用喷射方式将表层导管下入到位，利用水射流和管串的重力，边喷射开孔边下导管，同时在喷射管柱中下入动力钻具组合以提高安全性和作业效率。钻至预定井深后，静止管串，利用海底浅层土的粘附力和摩擦力稳固住导管，然后脱手送入工具并起出管内钻具，从而完成表层导管的安装。

喷射导管技术的优势：（1）喷射导管技术可在钻进的同时下导管，解决了深水表层钻孔后下导管不容易找到井口的难题；（2）喷射导管技术可至少节约12小时以上的钻井时间，对于日花费上百万美元的深水钻井来说，经济效益可观；（3）喷射导管作业结束后无需固井；（4）喷射导管技术现场操作方便，具有良好的应用前景。

三、 海上喷射法钻井导管入泥深度确定方法

1.喷射过程中钻井导管载荷分析

对于喷射法下钻井导管，要建立合理的钻井导管下入深度计算模型，就必须考虑表层导管载荷、导管尺寸、导管与海底土的胶结力、海底土性质等因素影响。

2.钻井导管下入深度计算模型

钻井导管受力分析，在喷射下入过程中垂直方向上可得如下受力平衡方程：

式中， 为上提管柱的轴向载荷，kN； 为导管在海水中的重量，kN； 为钻柱在海水中的重量，kN； 为喷射过程中施加给海底土的压力，kN； 为导管侧向受到的摩擦力，kN。

只有当 时，导管才能保持稳定，而不发生失稳下陷。在给定载荷条件下隔水导管入泥深度计算模型如下：

钻井导管最小入泥深度计算模型为：

式（2）和（3）中， 为给定的管柱载荷（包括导管自重），kN； 为导管外径，m；Hmin为隔水导管最小入泥深度，m； 为导管入泥深度，m； 为导管与海底土之间的摩擦力，它的大小取决于海底土与导管接触时间长短，kN/m2。

从式（3）中可以看出，导管的下入深度与导管上部所受的载荷、导管直径、导管壁厚、侧向摩擦力有关。由于导管的直径、壁厚一般是确定的，所以导管的入泥深度只与导管上部所受的载荷和侧向摩擦力有关。

3.钻井导管侧向摩擦力计算

导管桩与海底土之间的摩擦力随着时间的变化规律可用下式表达：

式中， 为导管与海底土之间的单位面积摩擦力，Mpa； 为导管与海底土之间的作用时间，h。

根据上述情况钻井导管侧向摩擦力计算结果，在现场实际施工过程中，可根据现场给定的施工时间来确定合理的钻井导管下入深度。

四、喷射导管下入施工要点

在利用喷射法下入表层套管的作业过程中，工序较为复杂，下面仍以南海某深水探井为例来说明该技术的一些施工要点：

1.记录管串重量，包括上提和下入重量；

2.利用DSC设备调查水深并将其记录在DP上；

3.检查潮汐表；

4.检查钻杆；

5.打开DSC设备并提起全部管串；

6.利用DP设备最后一次检查钻井装置准确位置，利用ROV检查海底井口位置标识；

7.锁住DSC设备并按以下速率启动泥浆泵：500gpm， 600gpm， 800gpm， 900gpm；

8.在贯入深度为15m（泥线以下）位置时将导管上提 3m以破碎阻碍物；

9.在贯入深度为26m（泥线以下）位置时将导管上提 3m以破碎阻碍物；

10.在贯入深度为27m时，将泵速增加到1100gpm；

11.在贯入深度为30m（泥线以下）位置时将导管上提 3-5m以破碎阻碍物；

12.当关闭泥浆泵时继续将导管上提（下入）3-5m；

13.在关闭泵进行下一道工序之前重复几次导管的上提（下入）的操作；

14.当贯入深度离设计深度2-3m处时，缓慢下入泥线以下90%的管串重量，降低泵排量到250gpm，直到导管下入到设计深度；

15.当36in导管下入到位以后，降低泵速到30gpm，并开启DSC设备；

16.每一次接单根时，调整泵的水-垂位置；

17.到TD后，利用ROV检查井眼并确定钻井设备当前位置。

五、结论

1.根据喷射导管下入后固结时间与海底土性质关系，建立了砂性土和粘性土导管侧向摩擦力与固结时间的关系模型。

2.结合国内外喷射法下导管工艺特点，利用深水海底土资料，对该深水井喷射法下导管施工的钻压等参数进行了设计。

3.根据喷射法下导管工艺要求，研究分析了喷射导管下入过程中管柱受力特点，建立了喷射法钻井隔水导管下入深度计算模型，该模型的现场应用效果良好。