深水鉆井導(dǎo)管極限承載力計算分析

李磊（中國石油大學(xué)，北京102200）

深水鉆井導(dǎo)管極限承載力計算分析

李磊（中國石油大學(xué)，北京102200）

針對海上鉆井導(dǎo)管下入施工實際情況，采用API規(guī)范建立了鉆井導(dǎo)管極限承載力計算模型。根據(jù)流花4-1油田井場調(diào)查土質(zhì)參數(shù)，建立了30英寸和36英寸鉆井導(dǎo)管極限承載力曲線，確保了海上鉆完井作業(yè)的安全性。

深水；噴射；導(dǎo)管；入泥深度；鉆具組合

鉆井導(dǎo)管是海上油氣井施工過程中下入的第一層結(jié)構(gòu)管，它為鉆井井口、懸掛套管、采油樹以及防噴器組提供結(jié)構(gòu)支撐。鉆井導(dǎo)管須能夠承受海上鉆井設(shè)備、套管以及將來生產(chǎn)、修井作業(yè)時強加其上的多種載荷。流花4-1油田水深268.2米，海底淺層土質(zhì)薄弱，為保證導(dǎo)管能承受鉆完井作業(yè)時的各種載荷，確保作業(yè)安全，需要根據(jù)油田海底淺層土質(zhì)參數(shù)進行承載力分析。

1　海底土質(zhì)承載力計算模型

對于鉆井導(dǎo)管來說，可以作為一個不帶樁靴的鉆井船樁腿對待。在API規(guī)范中可用單樁軸向極限承載力經(jīng)驗公式，來進行極限承載力計算。

單樁軸向極限承載力計算公式：

式中：Qf—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁摩阻力，KN；Qp—隔水導(dǎo)管樁端阻力，KN；f—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁單位摩擦力，KN/m2；qu—隔水導(dǎo)管樁底部單位極限阻力，KN/m2；As—隔水導(dǎo)管樁側(cè)壁表面積，m2；Ap—隔水導(dǎo)管樁底部截面積，m2。

2　導(dǎo)管在粘性土層中的摩擦力分析

隔水導(dǎo)管打入粘性土層中與土體的摩擦力，可采用API方法2來計算。

式中：δ—粘著系數(shù)；當(dāng)Su小于2.44 KN/m2和大于7.32 t/m2時，δ值分別為1.0和0.5；當(dāng)Su介于2.44-7.32 KN/m2之間時，δ值會隨Su線性減小。δ值是經(jīng)驗性的，用此法求得的f值，不應(yīng)大于20 KN/m2。

3　導(dǎo)管在砂性土層中的摩擦力分析

隔水導(dǎo)管打入砂性土層中與土體的摩擦力，可采用下式計算：

式中：K-地層側(cè)壓力系數(shù)，對軸向壓縮荷載K=0.5-1.0；P0-有效上覆土壓力，KN/m2；δ-土與樁之間摩擦角，一般取δ=?-5°；?-土的內(nèi)摩擦角。

4　流花4-1油田鉆井導(dǎo)管極限承載力

根據(jù)流花4-1油田井場調(diào)查報告，流花4-1油田海域海底土質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1　流花4-1油田海底土質(zhì)參數(shù)

1 2 3 4 5軟到堅固的粉砂質(zhì)粘土分散的細到中細的粘土質(zhì)砂層硬到堅硬的粉砂質(zhì)粘土分散的粘土質(zhì)砂層及硬的砂質(zhì)粘土迭層硬到非常堅硬的粉砂質(zhì)粘土（m）0.0 13.2 18.0 41.2 65.0（m）13.2 18.0 41.2 65.0 75.0（kN/ m3）7.0 8.2 8.4 9.0 8.7 8.9 8.9 10.0 10.0 10.0（kPa）5.3 30.3 Φ=20°，δ=15°，fmax=14.3 kPa Nq= 8，qm ax=1.9M pa 33.1 80.4 Φ=20°，δ=15°，fmax=14.3 kPa Nq= 8，qm ax=1.9M pa 80.4 80.4

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）所述鉆井導(dǎo)管極限承載力計算模型和流花4-1油田海底土質(zhì)參數(shù)，求得30和36英寸外徑鉆井導(dǎo)管極限承載力如圖1所示。

圖1　流花4-1油田鉆井導(dǎo)管極限承載圖版

有圖1可得知，流花4-1油田在海底入泥75米范圍內(nèi)30和36英寸鉆井導(dǎo)管極限承載力不超過400噸，36英寸外徑鉆井導(dǎo)管所能獲得的地層承載力要大于30英寸外徑導(dǎo)管。

5　結(jié)語

海上鉆井導(dǎo)管極限承載力對海上鉆完井作業(yè)安全非常重要，在鉆井導(dǎo)管進行下入施工前，應(yīng)進行充分的井場地質(zhì)調(diào)查，獲取準確海底淺層土質(zhì)參數(shù)，對導(dǎo)管極限承載力進行計算分析，確保鉆井導(dǎo)管能夠承受海上鉆井設(shè)備、懸掛套管以及將來生產(chǎn)、修井作業(yè)時強加其上的多種載荷，保證海上施工安全。

［1］楊進，劉書杰，王平雙.海上鉆井隔水導(dǎo)管下入深度理論與控制技術(shù)［M］.石油工業(yè)出版社.2009-06.

［2］徐榮強，陳建兵，劉正禮.噴射導(dǎo)管技術(shù)在深水鉆井作業(yè)中的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35（3）：19-22.