海上钻井隔水导管入泥深度的确定方法 【技术领域】
本发明涉及一种海上石油勘探技术，尤其是一种用于解决海上钻井隔水导管入泥深度合理确定的方法。
背景技术
在海上石油的勘探中，钻井隔水导管的入泥深度对于整个石油的勘探、开采起着重要的作用，如果入泥深度过小，就会造成井口的失稳、下陷等海上复杂事故；如果入泥深度过大，就会造成经济上的浪费。而目前，钻井隔水导管的入泥深度一般均为经验值：50米左右，在不同的海域，海况条件的不同，对于钻井隔水导管的入泥深度要求亦不相同，而此时还是选择相同的入泥深度50米，则存在着不合理性，入泥深度过浅，将导致井口的失稳、下陷等海上事故，造成人员伤亡、和经济损失；入泥深度过深，造成设备的过多浪费，也就是经济的过多浪费。所以，如何确定合理钻井隔水导管的入泥深度成为石油勘探技术中的一个急待解决地问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种海上钻井隔水导管入泥深度的确定方法，合理的确定出钻井隔导管入泥深度，避免经济浪费，减少海上由于钻井隔导管入泥深度过浅而导致的海上事故。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种海上钻井隔水导管入泥深度的确定方法，包括如下步骤：
步骤100：按照隔水导管只作为泥浆循环的通道情况，进行隔水导管入泥深度计算，即隔水导管入泥深度必须满足导管鞋处的流体液柱压力P小于导管鞋处的地层破裂压力Pf。
隔水导管建立起只作为泥浆循环的通道时的最小入泥深度hmin应满足下式：
其中，
n：安全系数，一般取为1.5；
Pf：导管鞋处地层的破裂压力，MPa；见后面计算
P耗：导管段层流的环空压力损耗，MPa；见后面计算
ρmud：使用的流体密度，g/cm3；取值来自表2中的泥浆密度值
L：井口到海底泥面隔水导管的长度，m。取值来自表1中的水深值加上
表3中的防喷器高度值
步骤200：当隔水导管作为井口持力结构时，确定隔水导管不发生失稳时的最小入泥深度Hmin。
由隔水导管受力分析可知，在垂直方向上受力平衡方程是：
N上+W自重＝N下+Nf
式中，N上为井口施加给隔水导管的轴向载荷(包括防喷器重量)，t；W自重为隔水导管的重量，t；N下为隔水导管底部受到的承载力，t；Nf为隔水导管侧向受到的摩擦力，t；
只有当N上+W自重≤N下+Nf时，隔水导管才能保持稳定，而不发生失稳下陷。因此，该最小入泥深度Hmin应满足如下的公式：
其中，m为隔水导管的外径，m；取值来自表3中的导管外径值δ为隔水导管的壁厚，m；取值来自表3中的导管壁厚值γ钢为导管钢材的密度，t/m3；取值为7.8
f浮为隔水导管在钻井液中的浮力系数；取值为0.8
f为隔水导管的侧壁单位摩擦力，t/m2；f＝αSu，α为粘着系数，可根据不同土的性质查表得到；Su为不排水抗剪强度，取值来自表1中的不排水抗剪强度值。
L为井口到海底泥面隔水导管的长度，m；取值来自表1中的水深值加上表3中的防喷器高度值
N地极承为海底土的极限承载力，t。取值见下面计算公式
N上为井口施加给隔水导管的轴向载荷，包括防喷器重量，t。取值来自表3中的上部载荷值
步骤300：比较hmin和Hmin的大小，取其最大值作为最终隔水导管的最小入泥深度。
因为hmin和Hmin之间的最大值，既满足了保证钻井液的正常循环，又保证了隔水导管的稳定而不发生失稳，这是现场工程上的要求。对于隔水导管最小的入泥深度是一个为了钻井工程安全的最低限定值，这就要求现场隔水导管的下入深度必须大于这个值，否则在钻井施工过程中会发生套管鞋处钻井液泄漏或隔水导管失稳下陷等复杂事故，但是如果隔水导管下入深度的过大，势必会造成隔水导管用量增大，工程费用增加，带来经济上的浪费。
其中，所述步骤100中的导管鞋处地层的破裂压力Pf应满足如下公式：
Pf＝τmax＝c+ptg，
其中，式中p为施加在土体上的正应力，MPa；其计算公式
τmax为海底土的最大抗剪强度，MPa；
c为海底土的内粘聚力，MPa，通过对土样测量得到；取值来自表1中的内粘聚力值
为海底土的内摩擦角，单位为度，通过对土样测量得到。取值来自表1中的内摩擦角值
另外，所述步骤100中的导管段层流的环空压力损耗P耗应满足如下的公式：
其中，L1为计算导管长度，m；取值来自表1中的水深加上土深，再加上表3中的防喷器高度值
Q为流体排量，l/s；取值来自表2中的排量值
D为隔水导管的内径，cm；取值来自表2中的导管内径值
Dp为钻柱的外径，cm；取值来自表2中的钻柱外径值
μ为流体的粘度，pa.s。取值来自表2中的粘度值
本发明可根据不同海域海底地质及海况的具体条件，确定海上钻井隔水导管的合理入泥深度，满足不同油田钻井技术的要求，既减少因隔水导管入泥深度引起的海上事故，又避免了经济的浪费，达到了既安全又经济的目的。
【附图说明】
图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
以下通过附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
图1为本发明的流程图，
步骤1：进行海洋工程地质调查，得到以下参数：海底土的内粘聚力c，单位为MPa；海底土的内摩擦角，单位为度；通过测量，得到土深值H土深，根据计算公式得到施加在土体上的正应力p，单位为MPa。
步骤2：根据以上测量得到的参数，并根据公式Pf＝τmax＝c+ptg计算出导管鞋处地层的破裂压力Pf：
步骤3：测得隔水导管的参数：隔水导管的外径m，单位为m；隔水导管的壁厚δ，单位为m；导管钢材的密度γ钢，单位为t/m3；隔水导管在钻井液中的浮力系数f浮；隔水导管的侧壁单位摩擦力f，单位为t/m2；
步骤4：根据以上测得的参数，并根据公式N地极承＝NcSuA
式中，N地极承-粘性土层的极限承载力，t；Nc-承载系数，从系数表中获得；Su-导管底部土壤的平均不排水抗剪强度，t/m2，取值来自表1中的不排水抗剪强度；A-导管断面的面积，m2，由表3中的导管外径计算得到。
计算出隔水导管底部极限承载N地极承。
步骤5：测量井口参数：井口到海底泥面隔水导管的长度L，单位为m；
步骤6：测量防喷器参数，主要是防喷器重量及井口其他载荷N上，t；
步骤7：根据公式计算隔水导管建立起只作为泥浆循环的通道时的最小入泥深度hmin。
步骤8：根据公式计算隔水导管作为井口持力结构时，确定隔水导管不发生失稳时的最小入泥深度Hmin。
步骤9：根据步骤7和步骤8的计算结果，取其最大值作为综合条件下隔水导管最小入泥浓度。
以下以渤海NB35-2CEP平台的应用作为具体的实施例对本发明做进一步说明。
首先对NB35-2CEP平台区域现场进行取样，对取得土样进行测量化验后得到表1所示的土质性质；
然后，获取NB35-2CEP平台钻井工程参数，其中，NB35-2CEP平台钻井施工参数如表2所示；NB35-2CEP平台钻井载荷基本参数如表3所示；
隔水导管下入泥深度对应的土质性质为：粘土。
隔水导管建立起只作为泥浆循环的通道时的最小入泥深度hmin是首先通过表1海底土的力学参数，计算得到海底土的破裂压力值，然后利用公式计算得到。本地区计算得到的这个值是32.4米。
隔水导管作为井口持力结构时，确定隔水导管不发生失稳时的最小入泥深度Hmin，首先根据表1中的参数值，计算出N地极承，并且，井口载荷为85.0吨(其中井口防喷器重量设为30.0吨、套管头0.5吨、13 3/8″套管重量54.5吨(长度600米)。
根据表2和表3的参数值计算出f浮，然后代入公式计算得到Hmin＝42.32米；
取以上两个值的最大值，作为本地区24英寸隔水导管最小的入泥深度值，这个值是42.32米。
表1
表2 井名 岩性 泥浆密度 (g/cm3)导管内径 (inch)钻柱外径 (inch) 排数 (l/s) 粘度 (pa.s) 土深 (m) NB35-2CEP 粘土 1.05 18 9 66 30 4 NB35-2CEP 砂土 1.05 18 9 66 30 6.3 NB35-2CEP 砂土 1.05 18 9 66 30 11.8 NB35-2CEP 砂土 1.05 18 9 66 30 16 NB35-2CEP 砂土 1.05 18 9 66 30 18.8
表3 井名上部戴荷 (t)导管外径 (inch) 导管壁厚 (inch)防喷器高度 (m) 岩性 土深 (m)NB35-2CEP 85 20 1 13 粘土 4NB35-2CEP 85 20 1 13 砂土 6.3NB35-2CEP 85 20 1 13 砂土 11.8NB35-2CEP 85 20 1 13 砂土 16NB35-2CEP 85 20 1 13 砂土 18.8
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。