梯度钻井系统原理、方法及应用研究.pdf

新型深水双梯度钻井系统 原理、方法及应用研究 申请中国石油大学工学博士学位论文 华东 学科专业 研究方向 博士生 指导教师 机械设计及理论 机电一体化及计算机辅助工程 殷志明 陈国明教授 2 0 0 7 年6 月 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 摘要 双梯度钻井技术是于上世纪9 0 年代发展起来的新型钻井技术，在深水钻井中具有 显著的技术和经济优势，已取得良好的工业应用效果，具有广阔的应用前景。本文结合 中国海洋石油总公司综合科研课题“深水钻井隔水管工程方法研究及双梯度钻井跟踪应 用研究”和国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 海洋技术领域重大项目“南海深水油气 勘探开发关键技术及装备”专项课题“深水钻完井关键技术”，针对南中国海特有的强 热带风暴、内波流等复杂的气候环境和油气藏特性，以及浅层灾害、地层孔隙压力和破 裂压力窗口狭窄等技术难题，基于钻井工程、机械工程和海洋工程理论，开展双梯度钻 井系统技术原理研究，考虑我国现有海洋油气开发工程装备能力，提出多梯度钻井系统 和新型多功能水中泵钻井系统，进行系统的概念设计和选型，并对双梯度钻井系统在南 中国海工业应用进行初步研究，主要研究内容如下 1 双梯度钻井各种实现方案的技术原理研究 分析了连续循环系统、当量循环密度降低工具、压力泥浆帽钻井系统、可控泥浆 帽钻井系统等控制压力钻井系统的工作原理。进行海底泥浆举升钻井系统、空心球双梯 度钻井系统、隔水管稀释、隔水管气举等双梯度钻井系统的技术原理研究。分析双梯度 钻井钻井液密度可调范围，提出双梯度钻井效果因子新概念，建立了隔水管气举两相流 模型，用于计算环空内压力分布、速度分布和含气率分布，并给出一种计算隔水管底部 气体注入量的简便方法。推导出双梯度钻井当量密度计算公式，基于“自上而下”的井 身结构设计方法，开发了双梯度钻井井身结构设计程序，可用于指导工程应用。 2 多梯度钻井系统及其关键设备研究 通过对双梯度钻井技术原理的分析和改进，提出多梯度钻井方法。多梯度钻井是 指将轻质介质在海底以下环空中一处或多处注入，在返回环空中产生多个压力梯度，与 双梯度钻井相比，多梯度钻井能更好的匹配地层压力间隙，可实现特殊复杂油气层的钻 井作业。研究多梯度钻井系统技术原理，建立多梯度钻井井筒压力模型，提出一种基于 空心球注入法的多梯度钻井系统概念模型，并进行系统关键设备随钻旋转分离及注入装 置设计和分离介质流动分布特征数值模拟。提出一种基于低密度流体注入的多梯度钻井 系统概念模型，进行系统关键设备随钻注入接头的概念设计，可为系统的进一步详细设 计和工业应用提供依据。 3 新型多功能水中泵钻井系统研究 基于可控泥浆帽钻井系统和海底泥浆举升钻井系统技术原理，采用T R I Z 的多用性 发明方法，提出一种新型多功能水中泵钻井系统 M P t W S 。M P U P S 可以布放在水中或 海底，能实现双梯度钻井、可控泥浆帽钻井、隔水管稀释钻井等多种控制压力钻井功 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 能。开展了M P U P S 概念设计及系统关键设备设计、选型和分析计算，进行夹层圆柱壳 结构浮筒的详细设计。采用有限元分析软件A N S Y S 计算浮筒外压作用、以及吊装过程 中强度特性。采用流体动力学分析软件F L U E N T ，计算水中浮筒表面的压力分布、流体 阻力，以及水中浮筒动态速度响应、动态位移响应，分析计算结果表明，夹层圆柱壳结 构浮筒能满足深水工况要求。 4 水中泵双梯度钻井系统水力学分析计算 建立水中泵双梯度钻井井筒温度分布预测模型，以及考虑温度和压力对钻井液密 度影响的井筒压力计算模型，编写相应模型的求解程序，可用于计算常规深水钻井、无 隔水管钻井、海底泥浆举升钻井以及水中泵双梯度钻井的井眼压力分布，计算结果与实 例数据吻合。分析双梯度钻井中“u 型管效应”的主要影响因素，设计“u 型管效应” 抑制工具一钻柱阀。进行双梯度钻井井涌检测和井控方法初步研究，编写了双梯度钻井 水力学分析计算和并控模拟程序，可用于钻井设计和钻井模拟。 5 双梯度钻井系统在南中国海应用的先导性研究 充分考虑我国海洋油气开发工程装备能力、南中国海复杂的气候环境和油气藏特 性，提出一种结合套管钻井的双梯度上部井眼钻井系统实现双梯度钻井技术在南中国海 工业化的构想，进行上部井眼钻井系统概念设计和虚拟隔水管子系统的详细设计。该系 统具有套管钻井和双梯度上部井跟钻井的优点，可以减少作业时间，有效控制深水浅层 灾害。开展适宜南中国海深水的双梯度钻井方法对比与优选研究，研究表明空心球双梯 度钻井系统为最优方案。采用M o n t c ．c a r l o 方法和控制区间记忆 C Ⅱv I 模型，模拟南中国 海深水钻井作业过程，分析受多项风险因素综合影响的常规钻井和双梯度钻井工程投 资．结果表明采用双梯度钻井技术后可节省钻井成本8 也4 ％。基于M M S 和s I N T E F 的海 洋工程事故统计数据库，建立双梯度钻井系统失效事故树，对双梯度钻井系统的可能失 效方式进行定性、定量分析，并提出提高双梯度钻井装备系统可靠性的措施。 关键词深水钻井；双梯度钻井；多梯度钻井；水中泵系统；上部井眼；水力学分析；井身 结构设计；并控；技术经济性分析；风险评价 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法殛应用研究 A BS T R A C T m p a p e rp r e s e n t st h er e s e a r c ho nt h en e wd u a l g r a d i e n td r i l l i n g D G D s y s t e m ，w h i c hi s s u p p o r t e db yt h ep r o j e c to f ‘ R e s e a r c ho nD e e p w a t e rR i s e rE n g i n e e r i n gM e t h o d sa n dT r a c e S t u d yo fD u a l - G r a d i e n tD r i l l i n gT e c h n o l o g y ’s p o n s o r e db yC N O O C ．B a s e do nd r i l l i n g e n g i n e e r i n g ，m e c h a n i c a le n g i n e e r i n ga n do c e a ne n g i n e e r i n gt h e o r y ，t h ep r i n c i p l e so fD G D s y s t e m ，t h em e t h o d so f m u l t i g r a d i e n td r i l l i n g M G D ，s y s t e m ，a n dt h em u l t i p u r p o s eu n d e r s e a p u m ps y s t e ma r es t u d i e d ．1 1 1 ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o no fD G D f o rS o u t hC h i n aS e ai sd e s c r i b e d ． T h em a i nw o r ki Ss u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 ．P r i n c i p l eo fM a n a g e dP r e s s u r eD r i l l i n gS y s t e ma n dD u a l - G r a d i e n tD r i l l i n gS y s t e m 1 1 l cp r i n c i p l e so fM a n a g e dP r e s s u r eD r i l l i n gs y s t e m ss u c ha sc o n t i n u o u sc i r c u l a t i o ns y s t e m ． e q u i v a l e n tc i r c u l a t i n gd e n s i t yr e d u c t i o nt o o l ，p r e s s u r i z e dm u dc a pd r i l l i n gs y s t e m , a n d c o n t r o l l e dm u dc a ps y s t e ma r ea n a l y z e d ．T h ew o r k i n gp r i n c i p l e so ft h eD G D s y s t e m ss u c ha s s u b s e am u d l i f td r i l l i n gs y s t e m ，h o l l o wg l a s ss p h e r e sD G D s y s t e m ，r i s e rd i l u t i o nD G Ds y s t e m ， a n dr i s e rg a s l i f tD G Ds y s t e ma r ed e s c r i b e di nd e t a i l ．At w o - p h a s ef l o wm o d e lo f r i s e rg a s l i f li s d e v e l o p e d , w h i c hc o u l db eu s e dt oc a l c u l a t et h ed i s t r i b u t i o no fp r e s s u r e ，v e l o c i t ya n dg a s b e a r i n gr a t i oi nt h er i s e r ，a n dp r o v i d e sas h o r t c u tm e t h o dt oc a l c u l a t et h er a t ea n dv o l u m eo f g a si n j e e t i o n 。C o n s i d e r i n gt h ef e a t u r ea n dp a r t i c u l a rr e q u i r e m e n to fd e e p w a t e rd r i l l i n g , a p r o g r a mf o rd e e p w a t e rD G D w e l lp r o f i l ed e s i g na n do p t i m i z a t i o ni sd e v e l o p e db yf r o m - t o p - t o - b o t t o mm e t h o d ，w h i c hc o u l db es e r v e da sa ni n s t r u c t i o ni ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n ． 2 。M u l t i - G r a d i e n tD r i l l i n gS y s t e ma n dI t sK e yE q u i p m e n t An e wM G Dm e t h o db a s e do nt h ep r i n c i p l e so fD G Di sp r o p o s e d ．n l eM G Dm e t h o dr e f e r s t oi n j e c t i n gl i g h tw e i g h ts o l i da d d i t i v e L W S A t ot h ew e l l b o r ea n n u l u sa to n ep o i n to rs e v e r a l p o i n t su n d e rt h es e a b e dm u d l i n e ．C o m p a r e dw i t ht h eD G D ．t h eM G D c a l lm a i n t a i ne f f e c t i v e l y w e l l b o r ea n n u l n sp r e s s u r es a f e t yb e t w e e np o r ep r e s s u r ea n df x a e t u r ep r e s s u r ec u r v e sb e t t e r , w h i c hi sm o r es u i t a b l ef o rt h ec o m p l e xg e o l o g y ．T w oc o n c e p t u a lm o d e l so ft h eM G Ds y s t e m a r ep r e s e n t e dr e s p e c t i v e l yb a s e do nt h eh o l l o w - s p h e r ei n j e c t i o na n dr i s e rd i l u t i o nm e t h o d s ． T h ep r e l i m i n a r yd e s i g na n ds i m u l a t i o nf o rt h ek e ye q u i p m e n to ft h es y s t e mi si n t r o d u c e d , w h i c hC a l lp r o v i d eaf r a m e w o r kf o rf u r t h e rd e s i g na n di n d u s t r ya p p l i c a t i o n ． 3 ．T h eN e wM u l t i - P u r p o s eU n d e r s e aP u m pS y s t e m A c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l e so f c o n t r o l l e dm u dc a ps y s t e ma n ds u b s e am u d l i f id r i l l i n gs y s t e m ， t h en e wm u l t i p u r p o s eu n d e r s e aP u m ps y s t e m M P U P S i sp r e s e n t e df i r s t l y ，w h i c hc a nb e i n s t a l l c du n d e r w a t e ro ra tm u d l i n e ．M P U P Sc a l lb eu s e dt Or e a l i z es e v e r a ld r i l l i n gf u n c t i o n sb y c o n t r o l 。s u c ha sD G D ，c o n t r o l l e dm u dc a pd r i l l i n g ，r i s e rd i l u t i o nd r i l l i n g ．mc o n c e p t u a l 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 d e s i g no ft h eM P U P S ，t h ed e s i g na n ds e l e c t i o no ft h ek e ye q u i p m e mf o rM P U P Sh a v eb e e n i m p l e m e n t e d ．D e t a i ld e s i g nf o rt h ec y l i n d r i c a li n t e r l a y e rs h e l l ss t r u c t u r ef o r mi sp e r f o r m e d ， i n c l u d i n gA N S Y S b a s e ds t r e n g t ha n ds t a b i l i t ya s s e s s m e n to nt h eb u o yc a b i nu n d e rt h eo u t s i d e p r e s s u r ea n dd u r i n gt h ei n s t a l l a t i o np r o c e s s ，a n dF L U E N T - b a s e dp r e s s u r ed i s t r i b u t i o na n a l y s i s o nt h es u r f a c eo ft h eb u o yc a b i ni nt h ew a t e ra sw e l la st h ed r a ga n dt h ef l u i dr e s i s t a n c e r e s u l t i n gf r o mt h eb u o yd y n a m i cv e l o c i t y d i s p l a c e m e n tr e s p o n s e ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h ec y l i n d r i c a li n t e r l a y e rs h e l l ss t r u c t u r ef o r mc a nm e e tt h ew o r k i n gr e q u i r e m e n t si nd e e p w a t e r ． 4 ．H y d r a u l i cA n a l y s i so fM u l t i - P u r p o s eU n d e 礴e aP u m pD r i l l i n gS y s t e m 1 1 1 ep a p e rp r e s e n t sam o d e lf o rt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni nt h eD G Dw e l l b o r ea n dam o d e l f o rt h eb o t t o mh o l ep r e s s u r e ，i nw h i c ht h et e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e ’Se f f e c t so nt h ed e n s i t yo f t h ed r i l l i n gf l u i di sc o n s i d e r e d ．Ap r o g r a mb a s e do nt h em o d e l sa r ew r i t t e n ，w h i c hc a l lb eu s e d t od e t e r m i n e dw e l l b o r ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o n sf o rt h ec o n v e n t i o n a ld r i l l i n g ，r i s e r l e s sd r i l l i n g ， s u b s e am u d l i f id r i l l i n ga n du n d e r s e ap u m pd r i l l i n g ．a n dh a sb e e nv e r i f i e d 、“t l lr e f e r e n c ed a t a ． T h em a i nf a c t o r sr e s u l t i n gi nt h e ‘‘U T u b e ”e f f e c ti nt h eD G Da r ea n a l y z e d ．a n dad r i l l i n g s t r i n gv a l u ei sd e s i g n e df o re l i m i n a t i n g ‘‘U T u b e ”e f f e c t ．1 1 1 eD G D k i c kd e t e c t i o na n dw e l l c o n t r o lm e t h o d sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d ．n eD G Ds i m u l a t i o np r o g r a mi se s t a b l i s h e d ．w h i c h c a l lb ea p p l i e dt ot h ew e l lp r o g r a ma n dd r i l l i n gs i m u l a t i o n ． 5 ．I n d u s t r i a lA p p l i c a t i o no fD u a l - G r a d i e n tD r i l l i n gS y s t e mf o rS o u t hC h i n aS e a 1 1 “ p a p e rs u g g e s t sd u a lg r a d i e mt o ph o l ed r i l l i n g D G T H D 、t e c h n o l o g yf o rt h eS o u t h C h i n aS e ab a s e do nc a s i n gd r i l l i n g ，w h i c hC a ns h o r t e nw e l lc o n s t r u c t i o nt i m e ，a n dc o n t r o l l e d s h a l l o wh a z a r d s ．1 1 1 cc o n c e p td e s i g no fD G T H Ds y s t e ma n dd e t a i ld e s i g no fv i r t u a lr i s e r s y s t e ma r ep e r f o r m e d ．M o r e o v e r ，t h eM o n t e C a r l om e t h o da n dC o n t r o l l e dI n t e r v a la n d M e m o r y c I M m o d e lC a nb ea d o p t e dt os i m u l a t ed r i l l i n gp r o c e s si nS o u t hC h i n aS e aa n dt o e v a l u a t et h ed r i l l i n gc o s ta f f e c t e db ym u l t i p l er i s kf a c t o r s ．F u r t h e rm o r e ，af a u l tt r e eo ft h e D G D s y s t e mh a sb e e nb u i l tu pf o rq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nt h ep o s s i b l ef a i l u r e m o d eo ft h eD G Ds y s t e mb a s e do nt h eo f f s h o r ee n g i n e e r i n ga c c i d e n t s ’s t a t i s t i c sd a t a b a s eo f t h eM M Sa n dS I N T E F ．a n ds o m em e a s u r e sa r ep r e s e n t e dt oi m p r o v es a f e t yo ft h eD G D s y s t e m ． K e yW o r d s d e e p w a t e rd r i l l i n g ；d u a l g r a d i e n td r i l l i n g ；m u l t i g r a d i e n td r i l l i n g ；m u l t i - p u r p o s e u n d e r s e ap u m ps y s t e m ；t o ph o l e ；h y d r a u l i ca n a l y s i s ；w e l lp r o f i l ed e s i g n ；w e l l c o n t r o l ； t e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o n ；r i s ka s s e s s m e n t w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 表格目录 表2 1 实例井井身结构设计优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表2 - 2 实例井井身结构设计结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 表3 - l 空心玻璃球的主要化学成分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表3 23 M 公司S c o t c h l i t e 系列空心玻璃球⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表3 3 常规部分水解聚丙烯酰胺钻井液与空心球钻井液性能对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 表4 - 1M P U P S 系统可实现的主要功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 表4 2 水中浮筒夹层圆柱壳结构主要参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 表4 3 水中浮筒受到的海流诱导力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 表5 ．1 地面管汇类型与c ，值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表5 ．2U 型管效应分析计算参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表5 ．3 实例井、钻井液的参数及其热物性参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 表6 ．1 虚拟隔水管几何参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。 表7 ．1D G D 方案评价的原始数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 表7 - 2 实例井钻井活动及时限表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 表7 ．3 实例井钻井费用及节约情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～ 表7 - 4 基本事件的结构重要度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～ 表7 ．5 基本事件的发生概率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 表7 ．6 基本事件的概率重要度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 表7 ．7 基本事件的临界重要度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 8 9 3 3 5 5 9 4 8 3 l 2 3 9 1 6 7 8 9 ■卫■■■o■_矗J m 他B ”H M H H H 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 插图目录 图1 ．1 用于深水钻井的C M C S 基本配置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 图1 ．2 双梯度钻井系统的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 图1 ．3 海底泥浆举升钻井的简化示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 图1 - 4M a u r e r 空心微球双梯度钻井系统⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 图1 ．5 隔水管气举系统的设备结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 图I - 6 隔水管稀释双梯度系统的液体循环路径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 图1 ．7 本文主要研究内容及各部分关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 图2 ．1 常规钻井与双梯度钻井示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 图2 ．2 双梯度钻井井底压力计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 图2 ．3 双梯度静水力学梯度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 图2 - 4 双梯度钻井当量密度曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 图2 5 钻井液密度可调范围变宽的几何解释示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 9 图2 ．6 隔水管环空气液两相流流型分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 图2 ．7 隔水管气举井眼压力曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 图2 ．8 充气钻井液随水深的变化情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 图2 ．9 井身结构设计流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 7 图2 ．1 0 常规钻井和双梯度钻井套管下入深度的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 图3 ．1 钻井液密度与空心玻璃球百分数之间的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 图3 ．2 不同温度下钻井液塑性粘度与空心球百分比的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 图3 ．3 不同温度下钻井液屈服值与空心球质量浓度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 图3 - 4 空心玻璃球钻井液滤失量与玻璃球百分比的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 图3 ．5 双梯度钻井和多梯度钻井比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 图3 ．6 多梯度钻井模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 图3 ．7 多梯度钻井的几种实现方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 图3 ．8 计算模型网格划分和边界设定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 图3 ．9H G S 在混合钻井液中的分布情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 图3 ．1 0H G S 在分离口附近的速度矢量图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 图3 ．1 1 基于空心球随钻分离注入的多梯度钻井系统示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 图3 ．1 2 随钻分离及注入接头结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 图3 ．1 3 旋流分离器结构参数关系模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 图3 ．1 4 旋流分离器模型网格划分示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 图3 ．1 5 旋流分离器内截面某径向位置压力分布示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 图3 ．1 6 旋流分离器轴线总截面的静压力云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大学博士学位论文新型深水双梯度钻井系统原理、方法及应用研究 图3 ．1 7 旋流分离器内部某截面速度分布示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图3 ．1 8 旋流分离器内部切向速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图3 ．1 9 旋流分离器内部轴向速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。 图3 ．2 0 旋流分离器结构示意图和对比L z V V 位置及形状⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 图3 ．2 l 旋流分离器内部分离介质分布示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图3 - 2 2 基于低密度流体随钻注入多梯度钻井系统示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图3 ．2 3 随钻注入接头结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．1 多功能水中泵系统功能结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图4 2 多功能水中泵系统概念设计模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图4 ．3M P u P s 实现双梯度钻井原理示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 图4 4M P U P S 实现可控泥浆帽钻井原理示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 图4 ．5 井控设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．6 双梯度钻井专用隔水管系统 D M R S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．7 隔水管旋转分流及注入单根结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图4 ．8 旋转分流器装配图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯． 图4 ．9 优化后壳体V o nM i s e s 应力图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。 图4 ．1 0 钻柱清洁装置结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 图4 ．1l 注入模式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图4 - 1 2 泄流模式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～ 图4 ．1 3 海底泥浆举升泵结构示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．1 4s P U 底座和左右辊轴装配模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． 图4 ．1 5 水中浮筒系统结构组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．1 6 夹层圆柱壳结构纵剖面图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图4 ．1 7 夹层圆柱壳结构横剖面图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．1 8 浮筒在深水中的载荷分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．1 9 浮筒在深水中纵倾状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 0 水中浮筒的有限元分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 1 水中浮筒的横向截面图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 2 水中浮筒侧向变形图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 3 水中浮筒垂向变形图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 4 水中浮筒应力图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 5 水中浮筒在吊装过程中的变形图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 6 水中浮筒在吊装过程中的应力分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 7 水中浮筒C F D 计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 8 水中浮筒压力分布云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．2 9 水中浮筒表面流体速度矢量图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 图4 ．3 0 水中浮筒的振动速度的时间历程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．． X 柏勰铝的∞如n鲐弘鳃弛钞印矾酡酡酩以∞矾舒硒配酌酊卯回加加加饥饥仍乃乃乃 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 中国石油大