海上钻井隔水导管入泥深度预测与控制技术研究_刘书杰

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1、第25卷第6期中国海上油气Vol．25No．62013年12月CHINAOFFSHOＲEOILANDGASDec．2013*海上钻井隔水导管入泥深度预测与控制技术研究11211刘书杰周建良杨进王平双谢仁军(1.中海油研究总院;2.中国石油大学(北京))摘要在大量室内及室外模拟试验的基础上，研究了隔水导管与海底土相互作用规律，定量描述了多因素条件下桩土载荷和位移关系;基于桩土作用规律和理论，从隔水导管功能特性分析入手，得出了群桩条件下双准则判别式的隔水导管最小入泥深度确定方法;依据大量模拟试验及工程实践数据分析，提出了适用于海上钻井隔水导管打桩顺序控制技术和贯入度及锤击数

2、预测技术。这些研究成果已在我国4个海域58个油气田2100多口井中得到成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。关键词隔水导管桩土作用规律最小入泥深度控制技术贯入度钻井隔水导管是海上钻井作业的先决条件，是1隔水导管与海底土相互作用规律研究海上钻井作业的第一道重要环节，在后期钻井作业中一直起到提供循环通道及支撑井口防喷器等重要作隔水导管与海底土之间的相互作用规律与常用，因此隔水导管入泥深度的确定及施工控制对其安规的桩土相互作用有较大的不同。首先，隔水导全及经济性有着重要的影响。国外对打桩理论作了管与周围海底土的群桩效应十分明显;其次，海洋［1-3］［4-6］一定研究;国内

3、杨进等对单桩条件下隔水导管环境、钻井管柱对井口产生的动载及其耦合载荷入泥深度、海底土承载力等作了一定研究，并从承载对隔水导管周围土体产生了影响;最后，隔水导管能力方面，不考虑时间因素，对隔水导管入泥深度作内部流体流动对土体产生了冲刷影响。为了探寻［7-8］了探索性分析，但关于海上钻井隔水导管群桩效隔水导管与海底土相互作用的规律，开展了群桩应、贯入度控制预测等问题尚未见有关研究报道。作用下室内模拟试验及群桩作用下隔水导管可打在我国早期海洋钻井中，隔水导管的下入深度性(渤海)模拟试验。通过模拟试验及理论研究，依据经验而定。由于没有相应的基础理论和先进的得出了海上钻井条件下隔

4、水导管桩土相互作用本计算软件作指导，不能很好地利用工程地质调查资构关系和海上井口平台群桩效应下桩周围土体应料对隔水导管下入深度和打桩过程控制进行科学分力计算方法。析，从而造成了隔水导管下入深度及施工控制的不合1.1隔水导管桩土相互作用规律模拟试验理性和经济上的浪费。同时，由于海洋石油一般采用1.1.1群桩作用下室内模拟试验丛式井网进行开发，井槽间距非常小，达到1.5m×根据相似原理，实物与模型几何尺寸相似比选1.7m，群桩效应显著，从而给隔水导管入泥深度的为10∶1。选用直径为50.8mm、壁厚为2.54mm的确定和打桩作业施工控制方面都带来较大的影响。钢管作为桩模型，

5、长度为3.5m。打桩锤选用50kg自2000年开始，在研究隔水导管与海底土相互作用重锤，锤落距为1.0m。试验选择场地为5m×5m×规律的基础上，笔者通过10余年的技术攻关，逐步5m，土体选择3种(砂土、粘土、粘土和砂土互层)，形成了一套隔水导管下入深度确定方法及隔水导管设计了4个模拟桩位置，如图1所示。在模型中心打桩作业控制技术，目前已在58个海上油气田2100位置钻直径120mm的孔，把2个土压力传感器分别多口井中得到了成功应用，具有良好的推广价值。置于1.5m和2.5m深的位置，传感器压力面正对1#*国家高技术研究发展计划(863计划)“深水钻井隔水导管最小入泥深

6、度研究(编号:2004AA616120)”、中国海洋石油总公司项目“海上钻井隔水导管下入方式综合技术研究(编号:CNOOCCLTD)-2009-ZHKY-006)”部分研究成果。第一作者简介:刘书杰，男，教授级高级工程师，中国海洋石油总公司钻完井专家，主要从事海洋石油钻完井方面的设计研究工作。地址:北京市东城区东直门外小街6号海油大厦(邮编:100027)。E-mail:liushj@cnooc．com．cn。76中国海上油气2013年和3#桩2个方向安放，采用原土回填并等待一段时间，使土恢复原状，然后按1#到4#的顺序进行打桩锤击数测试，试验数据统计结果如图2所示。从

7、图2可以看出，随着深度的增加，贯入度逐渐减小，并且3#和4#桩的锤击数明显增加，说明在1#和2#桩打入后对土体扰动十分明显。图4群桩应力场模拟试验数据统计图力传感器处的土应力增加了10.0%～41.1%。分析打桩位置及压力传感器读数，可以得出:当桩距与桩直径之比＜3时，群桩作用十分显著，4#桩打入后土压力传感器的读数增加了41.1%;当桩距与桩直径之比为4.72时，群桩作用较弱，4#桩打入后土压力传感器的读数增加了10%。1.1.2群桩作用下隔水导管可打性(渤海)模拟试验为了进一步准确研究群桩效应对隔水导管打桩的影响，在塘沽选择了第四系原