深水石油钻采工程模拟试验装置的研制

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1、石油机械2011年第39卷第8期CHINAPETROLEUMMACHINERY●试验研究深水石油钻采工程模拟试验装置的研制杨进刘书杰周建良严德田瑞瑞李春(1．中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室2．中海石油(中国)有限公司北京研究总院)摘要深水恶劣的海洋环境及复杂的地质条件，使得深水油气田在钻采过程面临巨大的挑战。为此，研制了深水石油钻采工程模拟试验装置。该装置可以模拟3000～5000in水深的海底环境。在试验装置底部加装海底土后能够进行深水喷射法下表层套管、深水浅层地质灾害预测、深水水下井口稳定性、深水水下采油树

2、力学分析及深水石油装备等模拟试验，也可以开展自升式钻井平台桩腿插拔桩等模拟试验研究。该装置具有环境压力高、内部空间大、土质置换方便、操作简单、数据采集可靠以及试验过程可视化等特点。深水模拟试验装置为我国深水钻完井模拟试验提供了一个良好的试验平台。关键词深水模拟试验水压浅层钻井海底土0引言1技术分析随着世界各国对能源需求的增加及陆地和海上1．1结构浅水区油气发现难度的增大，深水油气勘探开发不深水模拟试验装置主要由壳体、密封元件、旁断升温。不过，就全球范围而言，深水开发依然是侧卸料口、信息采集口、套管液压升降机构等构个不成熟的前

3、沿领域，仍然具有很多的困难和挑成，其结构如图1所示。战¨。为解决我国深水油气勘探开发过程中所遇到的难题，研制了深水模拟试验装置。深水区能源开发比浅海区难度加大的一个主要原因是水深的增加，目前第5代和第6代钻井平台(船)的钻井水深为3000m，海水压力达到30MPa。因此，为了更好地研究和掌握深水压力对钻完井作业的影响，有必要开展相关深水模拟试验来进行模拟分析。经调研，巴西里约热内卢大学装备有1套海洋深水模拟试验装置，但其只能提供1OMPa的水压，最大模拟水深仅为1000In，而我国国内尚无此类深水模拟试验装置。中国石油大学(

4、北京)研制的深水模拟试验装置能够提供最高50MPa的额定工作压力，能有效模拟0～5000In的图1深水模拟试验装置结构作业水深，能够为深水油气勘探开发研究提供试验1一壳体；2一旁侧卸料口；3一模拟海床；4一套管；5一液平台，完善深水钻完井理论研究，降低作业风险，压控制系统；6一电动试压泵组；7一信息采集口；8一液提高深水油气开发的安全性和经济性。压A腔；9一套管液压升降机构；10一液压B腔；11一导杆。{基金项目：国家科技重大专项“南海深水油气勘探开发示范工程”(2008ZX05056—002—03一O1)。石油机械2011

5、年第39卷第8期旁侧卸料口由盲法兰和密封元件组成，主要进1．2．3释放压力行海水和模拟海底土的替换；信息采集口由法兰和由于试验装置在进行深水模拟试验时具有较高垫环等组成，连接试验传感器数据传输线和耐高压的水压，为安全起见，在试验结束时需要释放压摄像头，进行试验传感器数据采集和装置内部试验力。通过逆时针方向旋转电动试压泵上的调压阀至过程的摄像采集；套管液压升降机构通过液压调控自由状态，可以实现对试验装置内水压的释放。活塞杆的运动来完成套管等模拟装置的试验操作。1．3主要技术参数此外，由水泵电动机组、油压控制柜和中央数字化试验装

6、置外径1．38m，内径1．12m，高度控制中心组成了装置的调控系统。3．02m，质量13．6t，电动试压泵额定输出压力60中央数字化控制中心同时连通水泵电动机组、MPa，液压驱动系统最大输出压力10NPa，装置额油压控制柜和深水模拟试验装置。通过控制中心可定工作压力50MPa，活塞最大推力1．0×10kN，以实现对模拟试验数据的数字化记录和视频即时显活塞最大行程500mm，装置底部旁侧卸料口直径示。水泵电动机组通过高压软管对模拟试验装置进346／／I／T／(13％英寸)，信号采集口直径79／'I'1lfl(3行注水和加水压操

7、作，并将水压数据反馈至控制中英寸)，套管液压升降机构直径675mm，高心；油压控制柜上由A、B管线连接套管液压升降1028mm，套管直径339．7mm(13％英寸)。机构的液压腔A、B，通过调节A、B腔的液压来1．4技术特点完成套管等模拟装置的试验操作，并将套管上拔力(1)电动试压泵可以同时实现对试验装置的等试验参数反馈至控制中心；试验装置信息采集口注水和加压操作，且操作简单；和控制中心相连，可将安装在试验设备和土体上的(2)可以根据试验要求采用电动泵或手动泵传感器数据反馈至控制中心，并将装置内部摄像头等不同的方式实现套管的

8、升降运动，套管的升降速采集的试验录像返回控制中心，即时显示。度和位移可调可控；1．2工作原理(3)套管液压升降机构和装置内套管连接简1．2．1建立深水模拟条件单，可以根据试验要求更换不同尺寸的套管；试验装置能够模拟深水水压和深水浅层地层条(4)土质置换方便，试验装置上部套管液压件。深水水压