盡管油價(jià)將長(zhǎng)期處于低位，但許多作業(yè)公司仍然在全球勘探和開(kāi)發(fā)一些極具挑戰(zhàn)性的海上油氣資源。勘探開(kāi)發(fā)鉆井計(jì)劃的目標(biāo)在一些深水地區(qū)，這些地區(qū)面臨的共同挑戰(zhàn)是作業(yè)水深較深，存在強(qiáng)大的洋流和海浪。
要在這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)高效地鉆井，需要認(rèn)真規(guī)劃鉆井作業(yè)，以盡量減少非生產(chǎn)時(shí)間。在規(guī)劃過(guò)程中，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是分析海洋鉆井隔水管系統(tǒng)，以建立特定隔水管作業(yè)（如在惡劣條件下部署和回收隔水管）的環(huán)境限制條件。
本文將討論近期的三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展，它們幫助作業(yè)公司實(shí)現(xiàn)了在全球一些極具挑戰(zhàn)性的地區(qū)進(jìn)行鉆井作業(yè)。這些技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)應(yīng)用在了WoodGroup的DeepRiser鉆井隔水管全局分析軟件中，實(shí)現(xiàn)了鉆井隔水管系統(tǒng)的真實(shí)建模。
深水船舶漂移
使用動(dòng)力定位（DP）的鉆井船已經(jīng)普遍應(yīng)用于了深水和超深水鉆井作業(yè)。使用DP船進(jìn)行鉆井時(shí)，主要需要考慮的問(wèn)題是，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，船舶不能保持穩(wěn)定時(shí)，將會(huì)發(fā)生什么。
導(dǎo)致這種情況的故障類(lèi)型包括喪失動(dòng)力、漂移（當(dāng)控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致推進(jìn)器將船舶推離應(yīng)該停留的位置），以及一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)器故障。在這些情況中，最緊急的情況通常是喪失動(dòng)力，這可能導(dǎo)致船舶漂移，船只被環(huán)境力推離原來(lái)的位置。
如果發(fā)生這種情況，則需要實(shí)施緊急斷開(kāi)程序（EDS）。實(shí)際生產(chǎn)中，一般使用警戒圈來(lái)確保EDS及時(shí)啟動(dòng)。警戒圈根據(jù)到油井的水平距離定義閾值，確定了何時(shí)必須啟動(dòng)EDS。
有許多方法可以計(jì)算警戒圈的位置數(shù)據(jù)，最簡(jiǎn)單的方法是將警戒圈定義為水深的固定百分比。但事實(shí)已經(jīng)證明，在某些情況下，這種做法可能會(huì)導(dǎo)致隔水管或油井損壞。鑒于此，鉆井公司已經(jīng)不再親睞此方法。
另外一種更真實(shí)的方法是對(duì)船舶進(jìn)行模擬，以預(yù)測(cè)其在環(huán)境力作用下的移動(dòng)路徑。最新的方法是采用一個(gè)全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個(gè)模型中，如圖。
計(jì)算警戒圈的最新方法是采用一個(gè)全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個(gè)模型中
緊急斷開(kāi)情況
有許多緊急情況需要考慮，包括剛剛討論的漂離原位情形，它需要將隔水管與油井?dāng)嚅_(kāi)連接。緊急斷開(kāi)的物理原理相當(dāng)復(fù)雜。在模擬這種情況時(shí)，必須考慮許多特殊因素。
第一個(gè)需要考慮的因素是隔水管張緊器系統(tǒng)的作用。在緊急斷開(kāi)情況下，張緊器系統(tǒng)必須能夠做出響應(yīng)，提升隔水管使LMRP與BOP斷開(kāi)，同時(shí)降低施加到隔水管的總拉力。在實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的過(guò)程中，不能損壞任何隔水管相關(guān)設(shè)備，包括伸縮接頭、張緊環(huán)和張緊系統(tǒng)。新的鉆井隔水管分析軟件引入了一個(gè)更詳細(xì)的液壓氣動(dòng)模型，程序可以模擬隔水管系統(tǒng)對(duì)緊急斷開(kāi)情況做出的三維響應(yīng)。
模擬緊急斷開(kāi)情形的第二個(gè)挑戰(zhàn)是，斷開(kāi)連接后，對(duì)隔水管內(nèi)鉆井液作用的建模。鉆井液用于控制井內(nèi)壓力，并在鉆進(jìn)時(shí)將鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的鉆屑攜帶出井。在斷開(kāi)連接后，隔水管內(nèi)很難留有鉆井液。這種現(xiàn)象對(duì)隔水管的行為有明顯的影響。
為了準(zhǔn)確建模，該軟件將有限體積（FV）泥漿流動(dòng)模型與隔水管FE結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了結(jié)合。對(duì)于深水、惡劣環(huán)境中的作業(yè)，能夠精確建模尤為重要。斷開(kāi)連接后，對(duì)張緊器系統(tǒng)和鉆井液的作用進(jìn)行精確建模，有利于確保作業(yè)經(jīng)濟(jì)可行的同時(shí)，安全操作處理隔水管。
井口和導(dǎo)管模型
海洋鉆井行業(yè)最新的研究進(jìn)展，這些進(jìn)展包括更多地使用現(xiàn)代化的第六代移動(dòng)式海上鉆井平臺(tái)，其攜帶有更大、更重的BOP組，可以向井口和井筒結(jié)構(gòu)施加更大的載荷。另一個(gè)挑戰(zhàn)是對(duì)更高水平的油井干預(yù)作業(yè)的要求，而油井干預(yù)作業(yè)則是為了最大限度地從現(xiàn)有油藏采出更多油氣資源。
多年來(lái)，行業(yè)一直在努力尋求多種方式解決這些問(wèn)題，隔水管分析軟件工具也得到了進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。
更新后的軟件能夠以前所未有的精確度對(duì)井口、導(dǎo)管、套管、環(huán)空水泥和土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，這種精確度采用之前的隔水管全局分析工具是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)使用同心管模型，軟件可以精確對(duì)構(gòu)成井筒結(jié)構(gòu)的單層套管進(jìn)行建模。
此外，該軟件還提供了一系列選項(xiàng)來(lái)對(duì)抵抗導(dǎo)管橫向運(yùn)動(dòng)的阻力進(jìn)行建模。建模使用載荷變形曲線(xiàn)（P-y曲線(xiàn)）來(lái)完成，該曲線(xiàn)將土壤引起的阻力描述為導(dǎo)管橫向偏移的函數(shù)。井口、導(dǎo)管和套管的詳細(xì)模型填補(bǔ)了之前用于全局分析的復(fù)合模型與更復(fù)雜的三維局部模型之間的空白。雖然這些模型不能提供與局部組件模型一樣詳盡的信息，但詳細(xì)的整體模型通過(guò)全局分析可以提高疲勞壽命預(yù)測(cè)，這有助于研發(fā)局部組件模型。改進(jìn)的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)于證明鉆井、修井和棄井封井作業(yè)的可行性至關(guān)重要，特別是在惡劣環(huán)境中。
結(jié)論
隨著油氣行業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的市場(chǎng)環(huán)境，很明顯，海洋油氣資源的開(kāi)發(fā)仍將在滿(mǎn)足世界能源需求方面發(fā)揮重要作用。隨著易于獲取的資源的枯竭，能源公司將不可避免地轉(zhuǎn)向深水、以及環(huán)境更惡劣的區(qū)域。為了確保以經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的方式進(jìn)行油氣勘探開(kāi)發(fā)，油氣公司需要采用新型數(shù)字技術(shù)，以盡可能高的準(zhǔn)確度模擬鉆井作業(yè)。WoodGroup的DeepRiser工具便是使用此技術(shù)的一種典型產(chǎn)品，它有助于提高在一些全球最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進(jìn)行鉆井作業(yè)的可行性。
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