石油圈
深水钻井导管普遍采取喷射挤入方式下入, 其表层套管井段为开眼循环钻进, 钻井液为海水, 地层破裂压力梯度低且安全钻井液密度窗口狭窄｡由于可利用地层信息有限, 深水钻井地层压力信息具有一定的不确定性｡由于深水钻井具有这些特点, 使传统的井身结构设计方法不再适用于深水钻井｡
2015年深海能源大会上，中国石化石油工程技术研究院的柯珂从深水井身结构设计的特殊性、常用深水井身结构方案、套管层次与下入深度设计方法以及水下井口稳定性分析与管柱校核几个方面对深水钻井井深结构优化设计方法进行了介绍。石油圈原创www.oilsns.com
深水井身结构设计的特殊性
1.深水钻井导管井段普遍采用喷射挤入方式，其下入深度设计方法具有特殊性。
2.深水钻井表层套管井段采用开眼循环方式钻进（Pump and Dump）,下入深度设计方法具有特殊性。
3.深水钻井安全钻井液密度窗口狭窄，其低温环境影响钻井液密度，地层压力信息具有不确定性，其安全密度窗口的确定方法与套管层次和下入深度设计方法具有特殊性。
4.深水钻井需要对水下井口的力学稳定性进行分析，套管柱强度校核方法与陆地不同，具有其特殊性。
5.深水完井及开发要求对井身结构设计的影响。
整体思路石油圈原创www.oilsns.com
深水井身结构设计按照深度分浅部和深层两方面进行。
浅层上部井段设计：石油圈原创www.oilsns.com
- 深水导管喷射下入深度设计方法；
- 深水水下井口力学稳定性分析；石油圈原创www.oilsns.com
- 深水钻井表层套管下入深度设计方法。
下部深层井段设计：石油圈原创www.oilsns.com
- 地层三压力剖面预测；
- 安全钻井液密度窗口计算方法；
- 套管层次与下入深度的设计；
- 套管柱强度校核。石油圈原创www.oilsns.com
常用深水井身结构方案
套管层次与下入深度设计方法
1.深水钻井导管下入深度设计方法
整体设计思路石油圈原创www.oilsns.com
下入深度：石油圈原创www.oilsns.com
- 根据桩基和材料力学理论，建立适于深水钻井的导管及表层套管竖向承载能力理论模型及相应的计算方法；
- 分析不同工况导管所承受的载荷；
- 考虑承载能力的时间效应。石油圈原创www.oilsns.com
2.表层套管下入深度的设计石油圈原创www.oilsns.com
（1）浅部地层破裂压力的求取
（2）下深设计石油圈原创www.oilsns.com
- 破裂压力梯度；石油圈原创www.oilsns.com
- 钻井液供给能力及泵功率限制；
- 经验极限深度。石油圈原创www.oilsns.com
套管层次与下入深度的设计
（1）安全钻井液窗口求取(安全钻井液密度约束准则)
防井涌钻井液密度下限值ρk(h)：石油圈原创www.oilsns.com
t=pp表示地层孔隙压力。石油圈原创www.oilsns.com
防井壁坍塌钻井液密度下限值ρc1(h)和钻井液密度上限值ρc2(h)：
t=pcmin表示最小坍塌压力；t=pcmax表示最大坍塌压力。
防压差钻钻井液密度上限值ρsk(h)：石油圈原创www.oilsns.co
t=pp表示地层孔隙压力。石油圈原创www.oilsns.com
防井漏钻井液密度上限值ρL(h)：
t=pf表示地层破裂压力。石油圈原创www.oilsns.com
防井涌关井井漏钻井液密度上限值ρkl(h)：
(2) 套管层次与下入深度的设计方法石油圈原创www.oilsns.com
修正的井身结构设计方法石油圈原创www.oilsns.com
窄窗口条件下的设计系数选取问题：
- 根据区域情况初选各类安全钻井液密度约束条件中系数的数值；
- 初步设计层次及下入深度，确定尺寸；
- 重新计算各类设计系数；石油圈原创www.oilsns.com
- 确定新的安全钻井液密度窗口；
- 确定出新的层次及下入深度。
(3)压力信息不确定条件下的层次与下深设计
- 地层压力信息不确定性的表征方法
预测模型相关系数的区域统计性，利用随钻、测井数据减小不确定性（贝叶斯理论）。
- 不确定条件下的层次与下入深度设计石油圈原创www.oilsns.com
- 设计方案的选择（风险评价）石油圈原创www.oilsns.com
风险种类石油圈原创www.oilsns.com
对西非深水海域JDZ-1区块的Obo-1井原设计方案进行风险预测。
Obo-1井初始设计方案石油圈原创www.oilsns.com
obo-1井的钻井日报显示，本井在钻至4489m时发生井涌，随后作业者将钻井液密度提高至1.62g/cm3，随后导致在4257m处均发生了较为严重的井漏事故，这与本文预测的风险结果相吻合。
推荐方案石油圈原创www.oilsns.com
Obo-1井最终方案石油圈原创www.oilsns.com
（数据由SIPC尼日利亚分公司提供）
水下井口稳定性分析与管柱校核
1.水下井口力学稳定分析石油圈原创www.oilsns.com
通过建立平台-隔水管-井口-导管系统的整体力学模型，进行稳定性分析。
边界条件及连续条件：石油圈原创www.oilsns.com
- 隔水管上端：位移边界、球接头弯矩；
- 隔水管下端与井口上端：位移、转角、弯矩及剪力连续；
- 井口下端与导管上端：位移、转角、弯矩及剪力连续；
- 导管下端：与地层相互作用。
套管柱载荷的确定上有所不同，需考虑水深、隔水管及特殊工况。
（1）外挤载荷石油圈原创www.oilsns.com
（2）内压载荷石油圈原创www.oilsns.com
小结
- 导管下入深度主要依据浅部地层岩土性质、不排水抗剪强度、导管尺寸等计算出导管的横向与竖向承载能力，从而根据导管最终要承受的横向与竖向载荷进行设计，深水钻井导管深度一般为55至100m；石油圈原创www.oilsns.com
- 深水钻井浅部地层尚未固结成岩，受饱和土的固结理论控制，井壁破裂前会进入塑性状态。通过建立浅层弹塑性模型计算浅部地层破裂压力将更加切合实际；
- 深水钻井液安全密度窗口设计系数的选取直接关系窗口的大小及井身结构设计结果，通过计算，确定合理设计系数值，有效充分利用窗口空间，可以避免套管层次的浪费；
- 通过对地层压力信息的不确定性进行科学描述，并在此基础上进行井身结构设计，对设计方案进行风险评价，优选最佳方案并制定好应急方案，能够有效提高井身结构设计的可靠度；
- 水下井口稳定性分析是深水井身结构设计的重要组成部分，深水套管柱校核要考虑深水相关工况的影响。
2016深海能源大会
深海能源大会是国内唯一由政府全力支持、中海油全面配合、中石油中石化等央企积极参与的行业盛会，是海洋资源及油气领域的“博鳌论坛”，单就中海油总公司和各级分公司参会者就超过100人。石油圈原创www.oilsns.com
2016深海能源大会由海南省人民政府和中国海洋石油总公司共同主办，于11月24-25日在海口举行，以期利用海南省独特的南海资源优势及区位优势，抓住建设南海资源开发后勤保障基地的有利机遇，共同推进深海能源尤其是油气资源相关领域的前沿研究和技术创新，促进我国海洋资源领域发展并推动对外合作进行。
届时，国家能源局原局长张国宝、海南省原书记卫留成、中国工程院原副院长杜祥琬、中国工程院院士周守为、上海交通大学副校长林忠钦、中国海洋石油总公司副总经理吕波以及多名中国工程院院士等重量级嘉宾将参加大会。大会规格较高，席位有限，审核较严，欢迎大家早日报名，报名方式及其他更多大会信息请访问石油圈网站：http：//www.oilsns.com/article/96921
来自/深海能源大会 编辑/Leia
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