高温高压含硫气井屏障部件失效概率分析

目前中外油气井定量风险评估普遍采用的WellMaster和OREDA的井屏障部件失效概率数据库对四川盆地高温高压含硫气井的准确性及适用性均较差.因此,为了针对四川盆地高温高压高含硫气井特点,根据各井屏障部件的质量、服役环境、测试结果和管理水平等分析,对井屏障部件实际服役条件下的失效概率计算方法进行研究,利用层次分析法将评价指标分为目标层、准则层、方案层3个层次,采用1-9标度法建立评价矩阵进行失效影响因素的加权权重计算,实现定性与定量方法的结合,准确地获取了不同井况条件和井屏障现状下的失效概率值.结果表明,基于层次分析法所建立的失效概率修正计算方法可以有效地结合各部件影响程度的已知数据,同时可对数据库的失效数据进行较为准确的修正.     

深水钻井导管下深区间确定及风险评价方法

深水钻井导管的下入深度直接关系到海底井口的力学稳定性及后续钻井作业的安全。通过分析,确定导管存在最小下深和极限下深,并给出极限下深计算模型。基于概率统计和地质统计学方法,将目标点邻井的承载力增长系数进行概率统计,并通过差值算法对目标点进行移植预测,得到该系数在目标点处含有概率信息的预测值,将导管最小下深由单值变为含概率信息的分布带,同时结合导管极限下深的概率化分布,对目标井的导管设计下深进行定量风险评价。实例分析表明:承载力增长系数这一区域经验变量对深水导管下深影响很大,尤其当取值较小时,导管下深随着该系数的减小呈指数增长;该方法在给定可信度条件下可计算导管绝对安全下深区间,有效避免了因承载力增长系数不确定等因素导致的导管下深风险。     

中国海洋深水油气工程技术与装备创新需求预见及风险分析

 着眼于中国南海油气工程技术与装备创新发展问题,通过专家咨询调研,梳理了深水油气工程技术与装备发展现状,并将其分成深水油气勘探技术与装备、深水油气田高效开发工程模式、深水钻完井关键技术与装备、深水油气生产与输送关键技术与装备4个领域,构建了相应的4级层次评价模型,运用德尔菲法和权值因子判断法对深水油气工程技术与装备进行了量化分析和重要性排序,并对相应的关键装备系统进行了风险分析。研究结果表明,在深水油气工程中比较重要的技术与装备内容包括：深水油气勘探技术、油气田开发先进井型技术、浮式钻井平台/钻井船总体结构设计制造技术、深水钻井隔水管安装与作业控制技术、水下井口系统设计制造技术及其安全高效安装技术、深水钻完井安全高效作业技术、浮式生产平台总体结构设计制造技术、水下采油树系统设计制造技术及其安全控制技术以及电液复合式控制系统设计制造技术等;深水油气工程装备组成复杂,海洋环境和作业工况恶劣,导致泥浆循环、深水钻井隔水管、水下井口与采油树、油气处理、水下管汇及水下生产控制等系统出现失效的风险较高,可通过优化设计控制降低装备失效概率。     

海洋水下井口控压钻井系统装备配置方案探讨

控制压力钻井技术是解决窄密度窗口地层钻井井控问题的有效技术保障，在全球陆地、浅海和深水都得到了成功运用。深水是我国油气勘探开发的重要接替区，我国南海油气资源丰富，但是面临高温高压、窄密度作业窗口等难点，井筒压力控制难度较大，给安全高效作业带来了较大困扰。在当前深水控压钻井设备、工艺几乎被国外垄断和深水钻井作业量加大、钻井风险等级升高的背景下，拥有我国自主的深水控压技术及装备是必然的选择。由于水上、水下井口控压钻井技术和装备体系存在较大差异，现有水上井口控压钻井技术无法直接移植到深水。因此，基于我国深水钻井作业现状，提出海洋水下井口控压钻井关键装备自主化配套建设探讨方案。将环空背压的控压钻井系统作为自主化建设的主线，对水上井口的控压系统进行工艺适应性移植，通过综合比较分析，推荐水下井口控压钻井系统ATR配置方案。     

基于欧式贴近度的钻井井控风险定量评价方法研究

加强钻井井控风险评价是安全钻井的重要工作之一,而井控风险定量评价又是井控事故预防和消减的基础。针对钻井井控风险的特点,建立全面合理的钻井井控风险评价指标体系。在模糊物元分析的基础上,结合欧氏贴近度的概念,提出了基于欧氏贴近度的钻井井控风险评价模型,该模型采用定性与定量相结合的层次分析法确定各评价指标的权重。应用该模型对实例井数据计算分析,确定了其风险等级,所得结果与现场基本一致。研究表明该井控风险评价模型合理、可行,可以用于现场对单井进行钻井井控风险评价。     

深水井精细控压下套管研究

深水窄压力窗口地层给下套管带来了巨大挑战,下套管时产生的波动压力将导致井筒压力超过压力窗口上限而出现井漏,大大增加了作业时间,采用传统方法下套管时为了防止波动压力过大而超过安全压力窗口只能降低下套管速度,这样虽然在一定程度上减小漏失风险但增大了作业成本,且这种方式不一定有效。因此,针对深水窄安全压力窗口地层下套管漏失风险问题,基于动态波动压力建立了深水窄安全压力窗口井筒压力控制模型;并在此基础上提出深水精细控压下套管方法。利用建立的模型分析井筒压力影响因素发现,井筒压力随着套管下入深度、最大下入速度、钻井液密度以及钻井液的屈服值、黏度的增大而增大。计算表明,深水精细控压下套管不但降低了漏失风险,还缩短了作业时间,降低了作业成本。     

深水钻井井身结构设计参数的选取

深水钻井具有自然灾害多、安全作业窗口窄、完井井眼大的特点。在实际工程设计中面临着套管下入层次多、可选尺寸少等问题,增加了深水井身结构设计的难度;因此在实际工程中特别需要更科学的井身结构设计方法。鉴于目前海洋钻井手册井身结构设计采用的设计参数是陆地钻井的经验值,缺乏对深水作业特点的考虑,因此十分有必要研究这些参数对于深水的适用性,以避免因设计不合理而造成的井下事故。在充分考虑深水钻井特点的基础上,给出了深水油气井井身结构设计参数的选取办法及推荐值;与传统的井身结构设计方法相比,深水井身结构设计还要考虑深水作业过程中隔水管解脱的工况,以及当量循环密度、井涌余量等参数的影响。研究对陆地及浅海钻井井身结构设计也具有一定的借鉴作用。     

深水钻井井控技术

该文在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南中国海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,可为南海深水钻井井控作业提供参考。     

有共因失效的系统可靠性的GO法分析

研究在风险评价中应用GO法进行含有共因失效的系统可靠性定量分析方法。应用M arkov过程理论,导出了可修部件共因失效概率的近似计算公式,利用GO法即可直接计算系统状态概率,提出了有共因失效的可修系统状态概率定量分析的GO法算法,并应用于三取二系统和外电源备用系统的共因失效分析。结果表明:共因失效对系统可靠性有很大影响,而GO法算法是进行系统共因失效分析的有效而实用的方法。     

基于贝叶斯网络的钻井作业现场风险评估

针对高投入、高风险和不确定性的钻井作业现场,展开了安全评价研究。提出了一种基于贝叶斯网络定量评
价钻井作业现场风险、寻找风险源的方法。通过分析历史数据与借助专家经验识别不安全因素,将影响钻井作业现场
安全性的32 个因素分为“人的不安全行为”和“物的不安全状态”,同时构建了钻井作业现场安全性的贝叶斯网络拓
扑结构,并进行了概率推理向前预测和向后诊断,定量评估了钻井作业现场安全性,找出了影响最突出的不安全因素。
将其应用于龙岗气田L 井钻井作业现场,得出人为的不安全行为和物的不安全状态概率分别为0.108 和0.165,整个L
井作业现场不安全概率为0.137,并诊断出过程监控缺陷、安全防护设施缺失、作业导致隐患、井控设备缺陷、生产管
理缺陷不安全因素最突出,与现场实际情况一致。该评价方法为现场安全作业提供较为准确的诊断依据。     

深水防喷器组井口连接器可靠性研究

通过分析深水防喷器组位于井口时井口连接器的工作状态和重要失效模式,建立水下井口连接器的Markov模型,得到计算系统瞬态和稳态可靠性指标的公式。以墨西哥湾的防喷器可靠性数据为例,定量求解水下井口连接器的瞬态、稳态可用度和平均无故障时间MTTF,研究模型中状态转移概率对系统的稳态可用度和MTTF的影响。结果表明:水下井口连接器具有很高的稳态可用度和MTTF;降低水下井口连接器在正常运行期间发生"外部泄露"和"解锁失败"故障的概率可以有效地提高系统稳态可用度和MTTF,而在测试期间发生故障的概率对系统性能的影响较小。     

适用于裂缝-溶洞型喷漏地层的井下防喷器研究与测试

裂缝-溶洞型地层储集空间非均质性极强,在钻井时易发生井涌、井喷等事故。井下防喷器(blow out preventer, BOP)作为一种井下井控工具,当井涌或井喷等异常发生时,能够实现井下关闭钻杆内外环空于危险地层之上,保障井控安全。针对井下防喷器在裂缝-溶洞型地层应用时须满足大环空的密封要求,通过改进胶筒结构等关键部件,研制了以单段压缩式长胶筒作为密封单元的井下防喷器。防喷器的结构特点在于长胶筒以增加到40%的膨胀比例保证了间隙的密封性,经老化、冲刷后室内性能测试承压可达35 MPa。井下防喷器在整体性能测试中抗扭强度为36 100 N·m,抗拉强度为1 500 kN,满足正常工程应用要求。最后在裂缝-溶洞型地层区块中选取一口测试井进行功能性测试。测试结果表明,入井后防喷器坐封、解封功能均能实现,坐封过程中多次稳压正常,起钻后,整体部件功能正常,可靠性良好。     

南海北部陆坡浅水流评估及深水钻井防治措施

深水钻井中浅水流喷发会对钻井安全产生很大影响。基于浅水流形成条件和南海北部陆坡古地质环境,分析目标海域浅水流的潜在风险。根据水流喷出速率,量化浅水流危害等级,并建立能够模拟浅水流上喷或喷出的数值模拟模型,分析典型工况下浅水流层压力、规模、孔渗条件及钻速对其喷出过程的影响。结果表明:南海北部陆坡存在浅水流形成的古地质条件,但浅水流规模较小,压力系数较低,钻进中发生严重浅水流危害的概率较低;浅水流喷发具有"压力-水瞬间高速释放"的特征;采用低密度海水钻井液钻进,钻遇压力系数为1.15的浅水流层,钻井液停止循环后水流喷出速率和喷出量可达70 m~3/h和60 m~3;浅水流喷发主要受其压力和规模控制。针对目标海域浅水流特征及控制因素,提出了控制浅水流危害的措施。     

钻井液处理剂对气体水合物形成的影响研究

海洋深水钻井过程中如钻遇浅层含气砂岩,气体进入钻井液,在海底低温和高压作用下易形成气体水合物,并堵塞井筒、环空或防喷器, 严重影响钻井工程。利用自制四氢呋喃旋转试管测试平台,实验研究了海洋钻井常用的钻井液处理剂（无机盐、有机盐、高分子聚合物）对气体水合物形成的影响。结果表明：无机盐、有机盐能很好地抑制水合物的形成,而聚合物在高浓度时才会有较好的抑制效果,低浓度时则会促进水合物形成。     

干热岩钻探井控技术研究

 干热岩地层通常为火成岩,地层可钻性差、温度高,钻探过程中容易发生漏失、井喷、井涌等事故。中国干热岩钻探井控技术及装备略显不足。为满足干热岩钻探高温井控需要,保障施工安全,分析了干热岩钻探地层温度、压力与井喷的关系。针对干热岩钻探特点,设计了旋转防喷器及配套控制系统,该旋转防喷器具有结构简单、耐高温、高转速、操作简单等特点。应用该旋转防喷器可有效改善干热岩钻探工作环境,降低钻探风险,确保施工安全。     

闸板防喷系统重要部件参数化设计

闸板防喷器系统是带压作业中常用的井口防喷装置,作为承压部件,该装置各部分的设计涉及到很多因素,设计难度大、设计周期长。为此,开发了一套基于VB和SolidWorks的闸板防喷系统主要部件参数化设计软件,利用该软件,可以方便、快捷的设计出所需零件,并能对其进行应力—应变分析、位移分析等。该软件既可作为快速设计工具也可作为仿真培训软件。     

深水钻井隔水管与井口技术研究进展

钻井隔水管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。系统开展了面向南海的深水钻井隔水管与井口技术研究,建立其力学分析方法,形成一套深水钻井隔水管与井口系统钻前设计与作业技术体系;提出隔水管与井口系统的波激疲劳、涡激疲劳、磨损以及隔水管接头完整性评估方法,并进一步完善深水钻井隔水管与井口完整性管理方案;建立深水钻井隔水管关键装备与作业风险评价框架,探索台风环境下的隔水管系统安全保障的关键技术;在此基础上开发深水钻井隔水管作业管理软件,承担中国南海6口自营深水井的隔水管与井口系统钻前设计与作业技术研究工作,成功将科研成果应用到深水钻井实践中,并取得良好的应用效果。笔者对这些进展进行总结和回顾,并对今后的研究方向进行展望。     

突出煤层钻孔防喷除尘装置的研制与应用

本文针对突出煤层打钻过程中易造成喷孔引起的瓦斯、粉尘超限这一问题,结合十二矿的实际情况,通过对钻孔施工工艺的改进,自制了钻孔施工防喷装置,基本杜绝了在施工上向穿层钻孔过程中的喷孔引起的回风流瓦斯超限问题,同时,提高了降尘率,改善了工人的工作环境。     

大泵油管防喷工艺管柱作业安全性

为解决Φ70 mm及以上抽油机井起下杆管过程中的防喷安全性隐患,优化设计了防喷脱接器结构,攻关形成了抽油机井大泵油管防喷技术,并结合理论分析及数值模拟方法建立了此工艺管柱作业过程防喷安全性评价方法。首先,通过数值模拟手段分析了防喷脱接器对接过程的使用强度。然后,开展了起抽油杆过程防喷脱接器密封系统的强度和密封性能研究,结合抽油杆起下过程工艺管柱的屈曲行为分析结果获得了防喷工具的防喷压力界限,其数值约为30.85 MPa。最后,结合起抽油杆过程中工艺管柱的受力特点,建立了该防喷工艺管柱作业过程防喷安全性评价方法,设计了其作业过程防喷安全性评价图版,实现了其作业过程防喷安全性的量化评价。研究成果可为不压井作业安全性提供理论依据。