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    深水鉆井導(dǎo)管極限承載力計算分析

    2015-10-21 09:21:33李磊中國石油大學(xué)北京102200
    化工管理 2015年18期
    關(guān)鍵詞:流花隔水土質(zhì)

    李磊(中國石油大學(xué),北京102200)

    深水鉆井導(dǎo)管極限承載力計算分析

    李磊(中國石油大學(xué),北京102200)

    針對海上鉆井導(dǎo)管下入施工實際情況,采用API規(guī)范建立了鉆井導(dǎo)管極限承載力計算模型。根據(jù)流花4-1油田井場調(diào)查土質(zhì)參數(shù),建立了30英寸和36英寸鉆井導(dǎo)管極限承載力曲線,確保了海上鉆完井作業(yè)的安全性。

    深水;噴射;導(dǎo)管;入泥深度;鉆具組合

    鉆井導(dǎo)管是海上油氣井施工過程中下入的第一層結(jié)構(gòu)管,它為鉆井井口、懸掛套管、采油樹以及防噴器組提供結(jié)構(gòu)支撐。鉆井導(dǎo)管須能夠承受海上鉆井設(shè)備、套管以及將來生產(chǎn)、修井作業(yè)時強加其上的多種載荷。流花4-1油田水深268.2米,海底淺層土質(zhì)薄弱,為保證導(dǎo)管能承受鉆完井作業(yè)時的各種載荷,確保作業(yè)安全,需要根據(jù)油田海底淺層土質(zhì)參數(shù)進行承載力分析。

    1 海底土質(zhì)承載力計算模型

    對于鉆井導(dǎo)管來說,可以作為一個不帶樁靴的鉆井船樁腿對待。在API規(guī)范中可用單樁軸向極限承載力經(jīng)驗公式,來進行極限承載力計算。

    單樁軸向極限承載力計算公式:

    式中:Qf—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁摩阻力,KN;Qp—隔水導(dǎo)管樁端阻力,KN;f—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁單位摩擦力,KN/m2;qu—隔水導(dǎo)管樁底部單位極限阻力,KN/m2;As—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁表面積,m2;Ap—隔水導(dǎo)管樁底部截面積,m2。

    2 導(dǎo)管在粘性土層中的摩擦力分析

    隔水導(dǎo)管打入粘性土層中與土體的摩擦力,可采用API方法2來計算。

    式中:δ—粘著系數(shù);當(dāng)Su小于2.44 KN/m2和大于7.32 t/m2時,δ值分別為1.0和0.5;當(dāng)Su介于2.44-7.32 KN/m2之間時,δ值會隨Su線性減小。δ值是經(jīng)驗性的,用此法求得的f值,不應(yīng)大于20 KN/m2。

    3 導(dǎo)管在砂性土層中的摩擦力分析

    隔水導(dǎo)管打入砂性土層中與土體的摩擦力,可采用下式計算:

    式中:K-地層側(cè)壓力系數(shù),對軸向壓縮荷載K=0.5-1.0;P0-有效上覆土壓力,KN/m2;δ-土與樁之間摩擦角,一般取δ=?-5°;?-土的內(nèi)摩擦角。

    4 流花4-1油田鉆井導(dǎo)管極限承載力

    根據(jù)流花4-1油田井場調(diào)查報告,流花4-1油田海域海底土質(zhì)參數(shù)如表1所示。

    表1 流花4-1油田海底土質(zhì)參數(shù)

    1 2 3 4 5軟到堅固的粉砂質(zhì)粘土分散的細到中細的粘土質(zhì)砂層硬到堅硬的粉砂質(zhì)粘土分散的粘土質(zhì)砂層及硬的砂質(zhì)粘土迭層硬到非常堅硬的粉砂質(zhì)粘土(m)0.0 13.2 18.0 41.2 65.0(m)13.2 18.0 41.2 65.0 75.0(kN/ m3)7.0 8.2 8.4 9.0 8.7 8.9 8.9 10.0 10.0 10.0(kPa)5.3 30.3 Φ=20°,δ=15°,fmax=14.3 kPa Nq= 8,qm ax=1.9M pa 33.1 80.4 Φ=20°,δ=15°,fmax=14.3 kPa Nq= 8,qm ax=1.9M pa 80.4 80.4

    根據(jù)公式(1)、(2)、(3)所述鉆井導(dǎo)管極限承載力計算模型和流花4-1油田海底土質(zhì)參數(shù),求得30和36英寸外徑鉆井導(dǎo)管極限承載力如圖1所示。

    圖1 流花4-1油田鉆井導(dǎo)管極限承載圖版

    有圖1可得知,流花4-1油田在海底入泥75米范圍內(nèi)30和36英寸鉆井導(dǎo)管極限承載力不超過400噸,36英寸外徑鉆井導(dǎo)管所能獲得的地層承載力要大于30英寸外徑導(dǎo)管。

    5 結(jié)語

    海上鉆井導(dǎo)管極限承載力對海上鉆完井作業(yè)安全非常重要,在鉆井導(dǎo)管進行下入施工前,應(yīng)進行充分的井場地質(zhì)調(diào)查,獲取準確海底淺層土質(zhì)參數(shù),對導(dǎo)管極限承載力進行計算分析,確保鉆井導(dǎo)管能夠承受海上鉆井設(shè)備、懸掛套管以及將來生產(chǎn)、修井作業(yè)時強加其上的多種載荷,保證海上施工安全。

    [1]楊進,劉書杰,王平雙.海上鉆井隔水導(dǎo)管下入深度理論與控制技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社.2009-06.

    [2]徐榮強,陳建兵,劉正禮.噴射導(dǎo)管技術(shù)在深水鉆井作業(yè)中的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2007,35(3):19-22.

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