理论教育 水深对钻井船定位的影响及危害

水深对钻井船定位的影响及危害

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:2)钻井船定位问题随水深增大越来越趋向于使用动力定位钻井船,但由于动力中断、推进器故障或恶劣海况造成的定位失效却时有发生,钻井船“随波逐流”而偏离预期位置。其造成的主要危害有:①加剧隔水管及辅助管线的交变弯曲应力,造成严重疲劳损伤,危及隔水管系统完整性;②振动隔水管扰乱了其周围的水流,导致拖曳力增大,增幅可达2倍以上。此外,大流速将导致钻井船定位困难,隔水管的起下作业随之受到影响。

水深对钻井船定位的影响及危害

较大的水深提高了对深水钻井装备及相关设备配套的要求,例如,水深的增加使得浅海中常使用的固定式平台不再适用,普遍需要可移动的浮式钻井平台或钻井船;较大的水深也增加了隔水管等相关管材的用量,增加了载荷,需要更为大型的钻井平台或装备;深水钻井的作业环境与浅水及陆地相比更为恶劣,这就需要更为昂贵的作业费用和更高的可靠性要求;深水钻井需要额外的精密、灵活和智能的水下装备及工具,以方便水下操作和施工。

1)张力影响

深水隔水管壁的增厚和长度的增长导致其重量大为增加,并且连接状态下须维持系统稳定性、减小隔水管曲率、限制挠性接头转角以及抑制涡激振动(vortex induced vibrations,VIV),这些都要求对隔水管施加较大的顶张力。但是,加大张力会带来下述一系列问题:

①张力系统应具备更高的承载能力,可能要求增加张力器数量或启用高级别钻井系统。

②隔水管轴向应力随之增大,对管壁强度提出更高要求,并且可能加速疲劳裂纹扩展。

③高的隔水管顶张力增加了控制回弹及随后悬挂操作的难度。

解决前两个问题的直接方法是增加浮力装置,一般包括低密度材质浮力块和空气室两种:一方面,浮力装置提供的浮力能够抵消大部分系统重量,将张力装置的负荷降低到承载能力范围以内;另一方面,浮力装置遍布隔水管大部分长度,可以改善局部力学性能,从而避免局部应力过大。布置和安装浮力装置时须注意:由于浮力块外径加大,应避免安装于高流速区域,防止造成额外拖曳力;带浮力块的单根尽量位于波浪作用区以下,可减小隔水管上的侧向载荷,增大悬挂作业窗口;交错布置带浮力块的单根与裸单根有助于减轻隔水管VIV。至于隔水管系统断开后的反冲问题,试图在断开之前减小顶张力的做法是不现实的,这样将导致隔水管曲率增大以及隔水管下部总成(lower marine riser package,LMRP)受损。需要采用防回弹系统控制可能的过大轴向加速度,使隔水管系统以可控方式上升,从而避免各种损伤的发生。

2)钻井船定位问题(www.daowen.com)

随水深增大越来越趋向于使用动力定位钻井船,但由于动力中断、推进器故障或恶劣海况造成的定位失效却时有发生,钻井船“随波逐流”而偏离预期位置。即使偏离程度不大,也容易导致隔水管顶部球铰和底部挠性接头角度超过允许范围,从而引发接头邻近的隔水管严重磨损。若平台偏离程度加大,必须及时将隔水管从底部断开,避免隔水管系统以及井口系统受损。在这种紧急断开的情况下,除了会发生以上提及的反冲问题,对断开之后的隔水管悬挂也须进行深入的研究。

3)隔水管悬挂问题

海上钻井作业中如果遇到风暴或其他恶劣天气,应尽量对隔水管进行计划脱离并回收。但风暴的形成和发展往往是人们始料不及的,而完全回收深水隔水管系统则需要几天时间,时间上根本不允许。这种情况下,应尽量多回收单根,将有助于改善悬挂隔水管柱的轴向运动性能。

深水钻井隔水管悬挂的困难主要来自系统空气中重量与水中湿重的差异,悬挂状态下浮力块的存在也起了负面的作用,安装有浮力块的隔水管单根水中重量只有几百磅,全部隔水管以及LMRP的水中重量之和与它们在空气中的重量相差将近一个数量级。此重量差异降低了隔水管在水中的自由下沉加速度,大风浪条件下钻井船向下的升沉运动可能比隔水管快,此时钻井船推挤隔水管造成隔水管顶部的压缩。一旦出现严重的动态压缩,一方面会导致隔水管的局部屈曲失效,增加隔水管弯曲应力,另一方面也增大了隔水管上部碰撞月池的风险。随着回收单根数量的增加,隔水管悬挂性能将大为改善。

4)高流速影响

深水环境中海流速度一般较大,随之产生一系列不利影响,包括增大隔水管拖曳力、造成隔水管VIV、加大钻井船定位难度以及限制隔水管起下作业窗口等。大流速条件下,一方面随拖曳力的增大,隔水管弯曲和变形加剧,加大了管壁发生磨损的可能性;另一方面深水大流速环境下隔水管VIV更易发生。其造成的主要危害有:①加剧隔水管及辅助管线的交变弯曲应力,造成严重疲劳损伤,危及隔水管系统完整性;②振动隔水管扰乱了其周围的水流,导致拖曳力增大,增幅可达2倍以上。此外,大流速将导致钻井船定位困难,隔水管的起下作业随之受到影响。

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