深水導(dǎo)管設(shè)計(jì)及噴射安置工藝技術(shù)研究

林雍森，褚道余

（1.中國石化集團(tuán)上海海洋石油局，上海 200120；2.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

深水導(dǎo)管設(shè)計(jì)及噴射安置工藝技術(shù)研究

林雍森1，褚道余2

（1.中國石化集團(tuán)上海海洋石油局，上海 200120；2.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

海洋深水區(qū)域日益成為海洋油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)，但海洋深水地層因其特殊的沉積環(huán)境，致使深水鉆井面臨不穩(wěn)定的海床、地層破裂壓力低及海底低溫等諸多的挑戰(zhàn)，噴射導(dǎo)管技術(shù)是解決深水淺層所面臨挑戰(zhàn)的技術(shù)之一。該技術(shù)采用在導(dǎo)管內(nèi)下入噴射動(dòng)力鉆具的方式，依靠導(dǎo)管串自身重力邊鉆進(jìn)邊下入導(dǎo)管，噴射到位后利用地層的黏附力和摩擦力穩(wěn)固住導(dǎo)管，起出送入工具和管內(nèi)鉆具，完成導(dǎo)管的安裝，避免因水泥漿密度過大而壓破地層，也可避免由于深水低溫等因素影響固井質(zhì)量。通過對(duì)導(dǎo)管的受力分析，提出了導(dǎo)管的下深及導(dǎo)管串組成結(jié)構(gòu)，同時(shí)也研究了導(dǎo)管在噴射安置過程中如何優(yōu)選噴射鉆進(jìn)參數(shù)及采取的技術(shù)措施，確保導(dǎo)管噴射安置到預(yù)定位置，為海洋深水井導(dǎo)管設(shè)計(jì)與噴射安置導(dǎo)管提供了很好的參考與借鑒。

海洋鉆井；深水；鉆井設(shè)計(jì)；噴射導(dǎo)管；導(dǎo)管安置

在海洋鉆井中，一般把作業(yè)海域水深在500 m以內(nèi)稱為常規(guī)水深，水深在500～1 500 m海域?yàn)樯钏?，水深大? 500 m則稱為超深水[1]。海洋深水地層因其特殊的沉積環(huán)境[2]，致使深水鉆井面臨不穩(wěn)定的海床、地層破裂壓力低及海底低溫等諸多問題[3]；且在深水環(huán)境下，淺部地層屬于深海的軟泥層，比較松軟，采用常規(guī)水深鉆井中表層結(jié)構(gòu)套管（以下稱為導(dǎo)管）安置方式，即先鉆井眼再下導(dǎo)管后固井的安置方式，因在鉆進(jìn)中深水淺部地層井壁易被沖刷，形成大肚子，甚至造成井眼垮塌；且在下導(dǎo)管時(shí)受水深及海流的影響，即使有ROV的協(xié)助，導(dǎo)管還是難以對(duì)準(zhǔn)海底已鉆的井眼，有時(shí)甚至找不到海底井口而造成已鉆井眼報(bào)廢；深水海底溫度低、淺部地層松軟、膠結(jié)差和破裂壓力低對(duì)水泥漿性能和固井作業(yè)都提出了非常大的挑戰(zhàn)，容易導(dǎo)致固井質(zhì)量差，難以保證導(dǎo)管被封固好，而造成導(dǎo)管下沉。采用噴射安置導(dǎo)管方法，導(dǎo)管封固主要是由導(dǎo)管與地層土壤之間的黏附力來固定導(dǎo)管，不進(jìn)行固井作業(yè)，避免了導(dǎo)管固井時(shí)井漏而無法封固導(dǎo)管，導(dǎo)致井口失穩(wěn)，減少了風(fēng)險(xiǎn)，提高了作業(yè)效率。所以在海洋深水鉆井中，一般都采用噴射方法進(jìn)行安置導(dǎo)管（圖1）。

圖1 導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)

1 導(dǎo)管的設(shè)計(jì)

導(dǎo)管是建井過程中下入的第一層結(jié)構(gòu)套管，其作用是建立海底井口，為下層套管沒有固井之前提供支撐。導(dǎo)管必須能夠承受由于海流、鉆井平臺(tái)（船）的移動(dòng)帶來的橫向彎曲載荷，且導(dǎo)管下入后傾斜必須小于1°，以避免后續(xù)作業(yè)過程中鉆具對(duì)井口頭和防噴器的組件的磨損。導(dǎo)管通常選用的是φ914.4 mm（36″）或φ762 mm（30″）的管體。導(dǎo)管的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮軸向承載力和抗彎的要求，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括導(dǎo)管的壁厚、尺寸的選擇和下深的確定等。

1.1 導(dǎo)管下入深度的確定

導(dǎo)管下入深度是最重要也是首先要考慮的問題。導(dǎo)管下入深度既不能太淺也不能太深，太淺不足以支撐上部質(zhì)量；而如果設(shè)計(jì)太深，有下不到位的危險(xiǎn)。導(dǎo)管下入的深度取決于導(dǎo)管與地層之間的最大表面摩擦力（Skin Friction），這個(gè)摩擦力要大于導(dǎo)管、井口裝置、導(dǎo)向基盤和部分鉆柱等的質(zhì)量累計(jì)總和。

不同的土質(zhì)，具有不同的剪切強(qiáng)度，因此這個(gè)摩擦力與土壤剪切強(qiáng)度是一個(gè)函數(shù)關(guān)系。不同層段地層摩擦力可以按下式計(jì)算[4]：

式中：Q — 軸向支撐力，N；

b — 土壤強(qiáng)度衰減系數(shù)；

OD — 導(dǎo)管外徑，m；

z — 導(dǎo)管泥線以下長度，m；

C — 土壤剪切強(qiáng)度，N/m2。式（1）中土壤的剪切強(qiáng)度為未擾動(dòng)土壤的剪切強(qiáng)度。

未擾動(dòng)泥土的剪切強(qiáng)度可以通過在海底地層鉆孔取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來獲得。實(shí)際上，由于費(fèi)用和時(shí)間的限制，這種方法很少用于深水探井或評(píng)價(jià)井，我們可以根據(jù)這個(gè)地區(qū)或鄰近井位獲得這些數(shù)據(jù)，但由于地質(zhì)環(huán)境的變化也存在一些差異，為了安全起見，設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)大于或等于2.0。由于各海域土質(zhì)情況的差異，設(shè)計(jì)導(dǎo)管時(shí)，安全系數(shù)的大小可以根據(jù)各地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H情況而定。

確定導(dǎo)管下入深度可以按照下列步驟：

（1）首先利用土質(zhì)測(cè)試確定泥線以下各層段的單位表面摩擦強(qiáng)度（土壤的剪切強(qiáng)度），計(jì)算各層段的最大軸向摩擦力；

（2）繪制導(dǎo)管下入深度與導(dǎo)管軸向摩擦力的曲線圖；

（3）計(jì)算導(dǎo)管預(yù)計(jì)承受的最大載荷，按所有重量全部作用在導(dǎo)管頭上的最大載荷方案設(shè)計(jì)；

（4）根據(jù)計(jì)算出的導(dǎo)管將承受的最大載荷，在曲線圖上找出對(duì)應(yīng)的深度，以此作為導(dǎo)管設(shè)計(jì)深度。

假設(shè)黏土在泥線處的剪切力為3 830 N/m2（80 lb/ft2），泥線以下每米增加1 570 N/m2（每英尺增加10 lb/ft2），這樣可以通過公式（1）求得軸向支撐力。

例1：φ762 mm（30″）導(dǎo)管下至泥線以下61 m（200 ft），導(dǎo)管半徑0.381 m，整串導(dǎo)管柱外周的面積為146 m2，黏土總剪切力：51 730 N，所以，φ762 mm（30″）導(dǎo)管串總的承載能力是：146× 51 730 = 7 550 kN（1 696.7 klb）。

例2：φ914.4 mm（36″）導(dǎo)管下至泥線以下61 m（200 ft），導(dǎo)管半徑0.4 572 m，整串導(dǎo)管柱外周的面積為174 m2，黏土的總剪切力：51 716 N，所以，φ914.4 mm（36″）導(dǎo)管串總承載能力是：174 × 51 716 = 9 000 kN（2 023.50 klb）。

在海洋深水鉆井中508 mm（20″）套管規(guī)格通常為：169 lb/ft（壁厚0.812″）或 129 lb/f（壁厚0.625″）。一柱長457 m（1 500 ft）的20″套管串在空氣的質(zhì)量為88 452 kg（195 000 lb）或在海水中的質(zhì)量為77 112 kg（170 000 lb）。所以通常使用的導(dǎo)管為φ914.4 mm（36″）或φ762 mm（30″），一般入泥60～80 m，具體長度應(yīng)根據(jù)研究分析結(jié)果復(fù)核確定。

1.2 導(dǎo)管抗彎能力

在深水鉆井中，由于鉆井平臺(tái)的搖擺，超過千米長度的隔水管擺動(dòng)所產(chǎn)生的彎矩，使得第一層導(dǎo)管承受的彎曲應(yīng)力要比常規(guī)水深大得多，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮導(dǎo)管的抗彎能力。而且深水地層上部黏土的側(cè)向支撐力不同，上部軟泥層的變形與松動(dòng)對(duì)導(dǎo)管的危害很大。深水導(dǎo)管受力模型見圖2。

圖2 導(dǎo)管受力模型圖

圖2顯示了導(dǎo)管在受到隔水管張力作用（主要由鉆井裝置的升沉引起）和隔水管偏移角度（主要由鉆井裝置的平移引起）條件下彎曲載荷的范圍。隔水管張力值由鉆井平臺(tái)提供，張力值能夠提升全部隔水管和二分之一防噴器的質(zhì)量，即位于LMRP（下部隔水管總成，Lower Marine Riser Package）之上的撓性接頭的張力為LMRP和二分之一BOP質(zhì)量的總和。這個(gè)力的側(cè)向分力將使隔水管的傾斜度增加并作用于防噴器上部的撓性接頭上，在導(dǎo)管上的最大彎曲力出現(xiàn)在套管與井壁的接觸點(diǎn)上。

在深水地層上部軟泥的側(cè)向支撐力不同，上部軟泥層的變形與松動(dòng)是不一樣。圖3為第一層導(dǎo)管所受彎曲力的分析，圖中可以看出上部第一根與第二根導(dǎo)管所受彎曲應(yīng)力最大。

圖3 墨西哥灣典型導(dǎo)管彎矩隨井深變化

額定抗彎能力是表示導(dǎo)管的剛性，假設(shè)導(dǎo)管下入泥線以下需要足夠地固定，可以通過以下等式計(jì)算：相對(duì)抗彎能力的彎曲應(yīng)力＝90%的屈服應(yīng)力[4]。

式中：M — 彎矩，Nm；

Y — 屈服應(yīng)力，N/m2；

1)九軸捷聯(lián)慣導(dǎo)靜置試驗(yàn)。為了減小振動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)的影響，將九軸捷聯(lián)慣導(dǎo)墊上5 mm厚的硅膠墊固定在防爆殼中。開啟捷聯(lián)慣導(dǎo)，靜置1 min后開始采集姿態(tài)角數(shù)據(jù)，共采集10 min數(shù)據(jù)，處理結(jié)果如圖12所示。

R — 導(dǎo)管半徑，m；

I — 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，I＝π（OD4－ID4）/64，

OD — 導(dǎo)管外徑，m；

ID — 導(dǎo)管內(nèi)徑，m。

例1：φ762 mm（30″）導(dǎo)管，壁厚為25.4 mm（1″），鋼級(jí)：X56，額定屈服應(yīng)力413 833 716 N/m2（60 000 lb/in2）：

由公式（2）求得額定抗彎能力，M為3 900 000 Nm（2 928 000 ft-lb）。

例2：φ914.4 mm（36″）導(dǎo)管，壁厚為44.45 mm（1-3/4″），鋼級(jí)：X56，額定屈服應(yīng)力413 833 716 N/m2（60 000 lb/in2）：

由公式（2）求得額定抗彎能力，M為9 400 000 Nm（6 928 000 ft-lb）。

2 導(dǎo)管噴射工藝技術(shù)

導(dǎo)管噴射安置工藝是將一個(gè)小于導(dǎo)管內(nèi)徑的噴射鉆頭及一套泥漿正排馬達(dá)組成的下部鉆具組合，安放在導(dǎo)管里面；該鉆具組合通過導(dǎo)管的送入工具與導(dǎo)管串組成一個(gè)整體。利用水力噴射及鉆頭破碎巖屑，并充分依靠噴射管柱中的泥漿正排馬達(dá)提高鉆頭破碎地層的效率；依靠導(dǎo)管串的自重，邊噴射開孔邊下放導(dǎo)管到預(yù)定位置。導(dǎo)管噴射安置過程中，鉆井液通過導(dǎo)管和內(nèi)管柱的環(huán)空由送入工具循環(huán)孔返出，使用MWD監(jiān)控井斜角的變化，導(dǎo)管到位后靜止管串，利用地層的黏附力和摩擦力穩(wěn)固導(dǎo)管，然后脫開送入工具，即完成了導(dǎo)管噴射安裝。這種導(dǎo)管安裝節(jié)省了起下鉆、注水泥漿固井及候凝的時(shí)間，提高了作業(yè)效率。

導(dǎo)管內(nèi)管柱鉆具組合設(shè)計(jì)，鉆頭伸出導(dǎo)管端面長度，鉆壓、排量等噴射參數(shù)的選擇，以及噴射過程采取相應(yīng)的合適技術(shù)措施，都是導(dǎo)管能否成功噴射下放至預(yù)定深度及不失穩(wěn)的關(guān)鍵。

2.1 噴射鉆具組合設(shè)計(jì)

深水導(dǎo)管噴射鉆井的鉆具組合一般為：鉆頭，泥漿正排馬達(dá)，MWD，扶正器，鉆鋌和其它一些組件，通過送入工具與導(dǎo)管相連在一起，如圖4。在噴射鉆具組合設(shè)計(jì)時(shí)，兩個(gè)問題必須要考慮：（1）所選用鉆頭的尺寸；（2）鉆頭伸出套管鞋（帶內(nèi)斜面的開口導(dǎo)管底端面）的長度L。

圖4 噴射鉆具組合

鉆頭尺寸選擇要依據(jù)所施工井的井身結(jié)構(gòu)和是否繼續(xù)鉆進(jìn)而定，有時(shí)為了確保噴射鉆進(jìn)成功，而采取選用尺寸較大的鉆頭，并放棄解鎖送入工具心軸繼續(xù)下部井眼鉆進(jìn)的做法。在導(dǎo)管噴射過程中，通過泥漿馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)和鉆井液的沖擊而破碎井底地層，巖屑由鉆井液循環(huán)出來，選用較大尺寸的鉆頭（相對(duì)于導(dǎo)管內(nèi)徑），那么靠鉆井液沖擊破巖的面積就小，也就是說較大尺寸的鉆頭會(huì)增加噴射導(dǎo)管鉆進(jìn)的成功率。

常用的四種噴射鉆具組合是：914.4 mm（36″）套管+444.5 mm（17-1/2″）鉆頭、914.4 mm（36″）套管+660.4 mm（26″）鉆頭、762 mm（30″）套管+444.5 mm（17-1/2″）鉆頭和762 mm（30″）套管+660.4 mm（26″）鉆頭。這四種情況下，鉆頭破巖面積和水力破巖面積所占導(dǎo)管內(nèi)截面積的比例見表1。

表1 四種常用噴射鉆具組合

鉆頭相對(duì)于套管鞋的位置既要避免鉆井液把套管鞋周圍井眼沖的過大，也要使鉆頭伸出的長度滿足所鉆遇地層中有硬的夾層需求。因此，應(yīng)結(jié)合對(duì)擬鉆地層的預(yù)測(cè)情況，及下入導(dǎo)管的長度要求，合理調(diào)整鉆頭伸出導(dǎo)管底端面的長度。實(shí)踐證明，在鉆頭剛剛露出套管鞋端面為宜，一般四種常用的噴射組合中，660.4 mm（26″）鉆頭伸出長度L為152.4～304.8 mm（6″～12″），444.5 mm（17-1/2″）鉆頭伸出量在101.6～203.2 mm（4″～8″）；這樣做的目的是，鉆頭噴嘴仍然位于套管鞋內(nèi)，而鉆頭巴掌位于套管鞋外，既有利于破巖又不至于把套管鞋附近井眼沖的過大。

2.2 噴射參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 鉆壓

鉆壓是導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)的主要參數(shù)之一。鉆壓太小，噴射鉆速慢，對(duì)導(dǎo)管鞋周圍地層沖刷厲害；鉆壓太大，可能導(dǎo)致導(dǎo)管彎曲或卡導(dǎo)管；因此必須保持一個(gè)合理的鉆壓，一方面可以保證導(dǎo)管在施工過程中處于垂直狀態(tài)，另一方面保證鉆具外環(huán)空暢通，確保鉆井液從導(dǎo)管和管內(nèi)鉆具之間返出。

鉆壓控制的原則是：以鉆入泥線以下管串自身重力鉆進(jìn)，保持泥線以上導(dǎo)管和鉆桿處于垂直拉伸狀態(tài)，即保持中和點(diǎn)在泥線以下。

導(dǎo)管在噴射鉆進(jìn)過程中，剛開始導(dǎo)管入泥比較淺，導(dǎo)管的抗橫向彎曲能力比較差；隨著導(dǎo)管入泥深度的增加，導(dǎo)管的橫向穩(wěn)定性就會(huì)增加，通常導(dǎo)管入泥在30～45 m（100～150 ft）時(shí)已有足夠的橫向穩(wěn)定性，導(dǎo)管這一入泥深度稱為導(dǎo)管完全橫向穩(wěn)定深度（Point of Full Lateral Stability）。

在噴射過程中，鉆壓過大，可能導(dǎo)致泥線以上導(dǎo)管柱彎曲，產(chǎn)生的側(cè)向力導(dǎo)致泥線以下的導(dǎo)管傾斜。從泥線到完全橫向穩(wěn)定深度（通常泥線下30～45 m），控制鉆壓接近入泥導(dǎo)管的浮重，在這個(gè)深度段不考慮噴射鉆具的質(zhì)量，原因是：從泥線到完全橫向穩(wěn)定深度，地層比較軟，導(dǎo)管主要靠鉆頭水力噴射沖下去，有可能鉆頭并沒有接觸地層，導(dǎo)管內(nèi)管柱鉆具組合的質(zhì)量并沒有傳遞到地層而是作用在導(dǎo)管頭送入工具上；如果鉆壓包括了入泥鉆具組合的浮重，導(dǎo)管中和點(diǎn)就會(huì)上移，導(dǎo)致泥線以上導(dǎo)管受壓，產(chǎn)生彎矩。如果導(dǎo)管沒有足夠的地層橫向支撐，就可能發(fā)生傾斜，見圖5所示。

圖5 噴射鉆壓控制原理

從完全橫向穩(wěn)定深度到導(dǎo)管下深，控制鉆壓大于入泥導(dǎo)管的浮重，小于入泥噴射管串總浮重。入泥噴射管串總浮重，即入泥導(dǎo)管串、管內(nèi)鉆具組合在海水中的質(zhì)量之和。

對(duì)于導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)，導(dǎo)管最終到位的鉆壓十分重要，最終鉆壓要等于或接近于入泥噴射管串總質(zhì)量（入泥導(dǎo)管串、管內(nèi)鉆具組合的浮重），這樣既可以避免管串過分受壓彎曲，又可使導(dǎo)管所能承受的總載荷趨于最大，在送入工具回收后導(dǎo)管不至于下沉。圖6為一口實(shí)鉆井的噴射鉆壓控制圖。

圖6 一口實(shí)鉆井的噴射鉆壓控制圖

2.2.2 排量的選擇

排量是噴射導(dǎo)管鉆井的主要參數(shù)之一。在噴射過程中，最多時(shí)有2/3的地層是靠水力噴射破碎的，其余1/3由鉆頭來破碎，所有的巖屑由泥漿循環(huán)從導(dǎo)管和鉆具環(huán)空返出；在正常噴射排量下，鉆井液環(huán)空（導(dǎo)管和噴射鉆具之間）返出速度非常低。排量為3.79 m3/min時(shí)，36″導(dǎo)管和8″鉆鋌之間鉆井液返出速度僅為7.3 m/min，在相同排量下，而21″隔水管和5-1/2″鉆桿之間鉆井液返出速度也要21 m/min；因此大排量是及時(shí)排出井底和環(huán)空巖屑，保證環(huán)空清潔，防止套管鞋環(huán)空不被堵塞的關(guān)鍵。

在鉆入泥線前10 m排量應(yīng)控制在馬達(dá)最低額定排量范圍內(nèi)，確保巖屑隨著鉆井液從導(dǎo)管頭送入工具上的循環(huán)孔返至海底，而不是從導(dǎo)管外壁返出，隨深度的增加逐漸增大排量，直至馬達(dá)的額定最大排量，即不低于4.54 m3/min（1 200 gpm）（ExxonMobil在西非作業(yè)時(shí)，在噴射鉆至約4.5 m3時(shí)，排量增到最大值），在到達(dá)設(shè)計(jì)井深之前3～5 m時(shí)，減小排量至馬達(dá)最低額定排量，避免套管鞋處井眼沖的過大。圖7為一口實(shí)鉆井的排量隨深度的變化圖。

圖7 一口實(shí)鉆井的排量隨深度的變化圖

2.3 導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)中技術(shù)措施

2.3.1 適時(shí)泵入清掃液（膨潤土稠漿）

因?yàn)閲娚渥鳂I(yè)所用鉆井液為海水，海水的攜砂能力較差，在噴射過程中，根據(jù)作業(yè)情況適時(shí)地泵入適量清掃液，循環(huán)攜砂，以保證井底和環(huán)空的清潔。清掃液是保證噴射順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素之一，在開始噴射鉆進(jìn)時(shí)，由于排量小，環(huán)空返速極低，巖屑堆積很多，這時(shí)可以利用清掃液來輔助攜砂，保證環(huán)空清潔；隨著深度的增加，排量也增加，這時(shí)可以利用清掃液把海水帶不出來的大塊巖屑帶出環(huán)空。因此，至少每鉆完一個(gè)立柱，都要替入適量清洗液循環(huán)攜砂，如果使用較小的鉆頭，要增加清洗液的使用頻率。

2.3.2 正確地活動(dòng)導(dǎo)管

這里的活動(dòng)是指導(dǎo)管垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)，在噴射過程中活動(dòng)導(dǎo)管仍是一個(gè)有爭議的問題。在噴射鉆進(jìn)過程中，已鉆過的井眼，由于地層的蠕動(dòng)作用，導(dǎo)管周圍的地層會(huì)向內(nèi)膨脹，擠占井眼和管壁的環(huán)空，相應(yīng)導(dǎo)管和井壁的摩擦力和黏附力增加，結(jié)果鉆壓不能夠有效傳遞下去；上下活動(dòng)導(dǎo)管可以破壞地層的蠕動(dòng)，減小導(dǎo)管和井壁的摩擦力和黏附力，使鉆壓有效傳遞下去；上下活動(dòng)導(dǎo)管對(duì)環(huán)空清潔沒有幫助，也不會(huì)導(dǎo)致鉆井液從導(dǎo)管外返出，因?yàn)殂@井液的流動(dòng)方向總是向著阻力小的方向流動(dòng)。

活動(dòng)導(dǎo)管的目的就是減小摩擦力，使鉆壓有效傳遞下去?；顒?dòng)的范圍取決于井下情況，少則幾米多則整個(gè)管柱，但從經(jīng)驗(yàn)來看，小范圍活動(dòng)導(dǎo)管已被證明是有效的。有些操作者喜歡在噴射鉆進(jìn)時(shí)鎖住補(bǔ)償器，使整個(gè)管串隨著船的升沉運(yùn)動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)，這樣做的危險(xiǎn)是有可能瞬時(shí)導(dǎo)致鉆具或?qū)Ч軓澢?/p>

2.3.3 導(dǎo)管噴射到位后的措施

一旦導(dǎo)管被成功噴射到位，就需要替入適量的清掃液（16～48 m3），循環(huán)攜帶環(huán)空巖屑，保證環(huán)空清潔，循環(huán)時(shí)間不宜過長，以避免把井底沖大；靜止管串一段時(shí)間（一般1～5 h），等待疏松地層收縮穩(wěn)固住導(dǎo)管，然后解鎖送入工具繼續(xù)下一開次鉆進(jìn)；靜止期間應(yīng)使用ROV觀察導(dǎo)管是否有下沉或傾斜情況出現(xiàn)；如果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管下沉，需要上提整個(gè)導(dǎo)管串質(zhì)量并增加靜止時(shí)間。

2.3.4 ROV監(jiān)視

在整個(gè)噴射鉆進(jìn)過程中ROV要始終進(jìn)行監(jiān)視：（1）確保鉆井液從導(dǎo)管送入工具上的返出口（亦即鉆具與導(dǎo)管之間環(huán)空）返出，而不是從導(dǎo)管外返出；（2）每次接立柱時(shí)，檢查水平儀讀數(shù)以確保讀數(shù)不大于0.5 o；（3）確保鉆具和導(dǎo)管處于拉伸垂直狀態(tài)；（4）確保導(dǎo)管送入工具不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.4 噴射鉆進(jìn)作業(yè)程序

（1）連接噴射鉆具組合，包括鉆頭（涂成白色以便于ROV在水下觀察）、穩(wěn)定器、馬達(dá)、浮閥和鉆鋌等，然后下放到月池區(qū)域，開泵測(cè)試馬達(dá)是否正常工作，并記錄馬達(dá)的最小排量，垂直存放在井架立根盒內(nèi)[5]。

（2）連接導(dǎo)管，并在最后一根導(dǎo)管上安裝防沉墊。導(dǎo)管鞋以上5 m內(nèi)連續(xù)涂白色油漆，最后一根導(dǎo)管用白色油漆以0.5 m為間隔劃出條形記號(hào)，便于ROV觀察。

（3）將噴射鉆具組合連接到導(dǎo)管送入工具上，下入到導(dǎo)管內(nèi)。連接配合接頭或利用切割套管方式調(diào)節(jié)鉆頭位置，使鉆頭露出套管鞋適當(dāng)長度。

（4）用ROV邊觀察，邊把導(dǎo)管串平穩(wěn)放到海底，在鉆柱上作出標(biāo)記；此時(shí)ROV觀察防沉墊上的水平儀，確保度數(shù)小于0.5 °。

（5）小排量開泵（防止堵塞水眼），讓導(dǎo)管靠自身質(zhì)量壓入泥線，直至導(dǎo)管遇阻1～3 t。

（6）用海水鉆進(jìn)，在泥線以下10 m內(nèi)保持并控制排量在馬達(dá)最低額定排量范圍內(nèi)；鉆進(jìn)過程中，按照鉆壓控制圖控制鉆壓，同時(shí)確保巖屑隨著鉆井液從導(dǎo)管頭送入工具的出口返至海底，而不是從導(dǎo)管外壁返出，隨深度的增加逐漸增大排量和鉆壓，直至馬達(dá)的最大額定排量。

（7）至少每鉆完一根立柱，都要替入適量清洗液循環(huán)攜砂；在向下鉆進(jìn)過程中，保持上下活動(dòng)導(dǎo)管，以利于鉆壓的有效傳遞和導(dǎo)管向地層順利進(jìn)入。

（8）當(dāng)鉆至最后3～5 m時(shí)，以馬達(dá)的最低排量鉆進(jìn)，在低泵速狀態(tài)下建立起支撐導(dǎo)管質(zhì)量的摩擦阻力。

（9）一旦導(dǎo)管被成功噴射到位，替入適量的清掃液（16～48 m3），循環(huán)攜帶環(huán)空巖屑，保證環(huán)空清潔。

（10）靜止管串一段時(shí)間（一般1～5 h），等待疏松地層收縮穩(wěn)固住導(dǎo)管，然后解鎖送入工具[6]。

2.5 噴射導(dǎo)管鉆井過程中遇到的問題

2.5.1 卡導(dǎo)管

噴射導(dǎo)管鉆進(jìn)過程中與常規(guī)鉆進(jìn)一樣存在卡鉆的危險(xiǎn)，其誘因有鉆壓過大、在噴射過程中停泵或停止噴射鉆進(jìn)時(shí)間過長等。為了避免此類復(fù)雜情況發(fā)生，應(yīng)本著預(yù)防為主的原則做好相關(guān)工作。如在噴射鉆進(jìn)時(shí)根據(jù)情況，采取鉆進(jìn)一段距離就上下活動(dòng)管串或替入適量的清掃液幫助攜砂，每次在接立柱之前替入適量清掃液循環(huán)攜砂等措施；另外，除非由于機(jī)械原因，在噴射過程中不應(yīng)停泵和停鉆。如果噴射鉆進(jìn)時(shí)遇卡，應(yīng)立即上下活動(dòng)管串解卡，同時(shí)提高排量并泵入清掃液清洗，在井下正常后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

2.5.2 導(dǎo)管與內(nèi)管柱環(huán)空堵塞

在鉆進(jìn)過程中，由于噴射參數(shù)不合理等，致使送入工具或?qū)Ч茴^鉆井液返出孔道被堵，進(jìn)而可能導(dǎo)致導(dǎo)管鞋處與內(nèi)管柱整個(gè)環(huán)空被堵，其結(jié)果是鉆井液被迫從導(dǎo)管外返出，輕則影響套管穩(wěn)固，嚴(yán)重的則可能需要棄井、移井位重新開鉆。因此在保持合理的噴射參數(shù)同時(shí)，ROV要時(shí)刻觀察鉆井液的返出情況（圖8），以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管噴射鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)導(dǎo)管與內(nèi)管柱環(huán)空堵塞的現(xiàn)象，并盡早采取相應(yīng)的處理措施。

圖8 套管鞋環(huán)空堵塞

3 結(jié) 論

（1）深水鉆井中導(dǎo)管噴射安置的方式，很好地解決了深水表層鉆好井眼后下導(dǎo)管不容易找到井口的難題。噴射導(dǎo)管作業(yè)結(jié)束后無需固井，可避免因水泥漿密度過大而壓破地層，同時(shí)也可避免低溫等因素影響固井質(zhì)量而造成井口下沉。

（2）在噴射鉆具組合上應(yīng)首先考慮選擇尺寸相對(duì)較大的鉆頭；鉆頭出露導(dǎo)管端面的長度則是以鉆頭噴嘴放置在套管內(nèi)以減小對(duì)土壤的擾動(dòng)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）噴射過程中，簡單的以泥線下管串總質(zhì)量作為鉆壓進(jìn)行噴射鉆進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，并不能保證中和點(diǎn)始終保持在泥線以下；因此，在前人研究的基礎(chǔ)上引入了“完全橫向穩(wěn)定深度”的概念，在完全橫向穩(wěn)定深度之前只用導(dǎo)管在泥線以下質(zhì)量作為鉆壓上限，在完全橫向穩(wěn)定深度之后再以泥線以下總質(zhì)量作為鉆壓上限的控制鉆壓。

（4）在噴射導(dǎo)管工藝排量的選擇上要分為三個(gè)階段：剛開始噴射鉆進(jìn)階段要控制排量在馬達(dá)的最低額定排量；在噴射鉆進(jìn)的最后階段，為了獲得更高的地層支撐力（摩擦力），也要減小排量至馬達(dá)最低額定排量，避免套管鞋處井眼沖的過大，減少地層的擾動(dòng)，以減小導(dǎo)管下沉的概率或縮短靜止所需的時(shí)間；在正常噴射階段要先確定限制條件即所需的最小排量和最大允許排量，再根據(jù)鉆井參數(shù)優(yōu)化的原則進(jìn)行排量選擇。在噴射過程中適時(shí)地泵入稠泥漿清掃液協(xié)助攜砂，以避免導(dǎo)管與內(nèi)管柱環(huán)空堵塞，使鉆井液從導(dǎo)管外返出。

（5）導(dǎo)管噴射鉆井在深水鉆井過程中有著廣泛的應(yīng)用前景，是深水表層結(jié)構(gòu)導(dǎo)管下入的重要方法；導(dǎo)管噴射鉆井的成敗是一口深水井能否夠順利施工的關(guān)鍵。

[1] 胡友林，王建華，張巖，等．海洋深水鉆井的鉆井液研究進(jìn)展[J].海洋石油，2004，24（4）：83-86．

[2] Rohleder S A, Sanders W W, Williamson R N, etc. Challenges of drilling an ultradeep well in deepwater-spa prospect[R]. SPE/ IADC 79810, 2003.

[3] 王言峰．深水鉆井問題綜述[J]．吐哈油氣，2009，14（2）：169-170．

[4] International Association of Drilling Contractors. IADC Deepwater Well Control Guidelines: 2-29~2-33, 2002.

[5] 胡海良，唐海雄，汪順文，等．白云6-1-1井深水鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2008，30（6）：25-28．

[6] 褚道余，張忠強(qiáng)，張靈軍．西非深水鉆井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J]．海洋石油，2010，30（4）：111-116．

Conductor Design and Jetting in Place in Deepwater Well

LIN Yongsen1, CHU Daoyu2

（1. Shanghai Offshore Petroleum Bureau, SINOPEC, Shanghai, 200120, China; 2. Shanghai Offshore Oil & Gas Company, SINOPEC, Shanghai, 200120, China）

Deep water area is becoming increasingly the focus of offshore oil & gas exploration and development. Because of the special sedimentary environment, the deep water drilling faces many challenges, such as unstable seabed, low formation fracture pressure, low temperature at seabed and so on. Jetting technology can solve the challenge faced in deep water top hole. Jetting technology can avoid fracturing the formation because of the high mud density and avoid impacting the cementing quality due to the low formation temperature. This paper presents how to design the depth and string structure through conductor force analysis, and how to optimize jetting parameters and technical measures taken to ensure conductor jetted in place. It provides a good reference for deep water drilling.

offshore drilling; deepwater; well design; jetting; conductor setting

TE248

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.075

1008-2336（2013）04-0075-08

2013-03-22；改回日期：2013-07-18

林雍森，男，1967年生，1990年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）鉆井工程專業(yè)，1994年獲中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)碩士學(xué)位，高級(jí)工程師，主要從事海洋油氣鉆井技術(shù)與項(xiàng)目管理工作。E-mail：linys.shhy@sinopec.com。