海洋鉆井隔水導(dǎo)管關(guān)鍵技術(shù)研究及標(biāo)準(zhǔn)化

謝仁軍，劉書杰，仝剛，吳怡，徐國(guó)賢

中海油研究總院有限責(zé)任公司（北京 100028）

海上鉆井隔水導(dǎo)管是第一層承受井口負(fù)荷的套管，在海上鉆井中發(fā)揮著重要作用。由于目前ISO或API 缺乏具體標(biāo)準(zhǔn)，特別是在設(shè)定深度的計(jì)算模型中，導(dǎo)致發(fā)生了許多事故，例如井口不穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)變形，設(shè)置太淺或太深，導(dǎo)致成本損失甚至安全隱患。10多年來(lái)，中國(guó)海油在鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度預(yù)測(cè)和控制方面做了大量工作。由中國(guó)海油牽頭完成的ISO 18647—2017模塊鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)已于2017年8月正式發(fā)布。為了進(jìn)一步提升我國(guó)海洋石油工業(yè)在各領(lǐng)域技術(shù)方面的話語(yǔ)權(quán)，原TC67/SC4/WG8模塊鉆機(jī)工作組于2017 年10 月在IOGP（國(guó)際油氣生產(chǎn)者協(xié)會(huì)）及ISO/TC67 年會(huì)上提出了“海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)及作業(yè)導(dǎo)則”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)新提案，標(biāo)準(zhǔn)提案于2018 年4 月27 日正式進(jìn)入IOGP 立項(xiàng)投票程序。根據(jù)ISO/TC67 領(lǐng)導(dǎo)委員會(huì)決議，新提案擬由TC67/SC4/WG8 工作組開展工作，2018 年6 月正式通過(guò)IOGP 立項(xiàng)，目前正在IOGP 和SC4/WG8組織下開展標(biāo)準(zhǔn)的起草工作。

1 新標(biāo)準(zhǔn)提案的背景及意義

海洋鉆井隔水導(dǎo)管（Conductor）是海上油氣井的重要組成部分，是第一層入泥的套管，其具有3個(gè)重要的功能（隔離海水、提供鉆井液循環(huán)通道、支撐井口的持力結(jié)構(gòu)），一般有3種施工方法（錘入法、鉆入法、噴射法），最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是下入深度的預(yù)測(cè)及合理控制[1-2]。如果下入深度太淺，會(huì)由于承載力不足而導(dǎo)致井口不穩(wěn)定或井口下沉，從而造成嚴(yán)重的事故和經(jīng)濟(jì)損失，這種事故在全球范圍內(nèi)時(shí)有發(fā)生，比如西非海域的F2井井口下沉事件，損失達(dá)300萬(wàn)美元；相反，如果下入深度過(guò)深，就會(huì)造成浪費(fèi)，或者由于群樁效應(yīng)造成的拒錘問(wèn)題導(dǎo)致隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)變形，在渤海灣的某油田就曾發(fā)生過(guò)這樣的事故，造成了1 200萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失。

海洋鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度和穩(wěn)定性控制是國(guó)際公認(rèn)的海洋鉆井首要技術(shù)難題。中國(guó)海油在這方面歷經(jīng)10余年的研究和工程實(shí)踐，突破了多項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)。

1）隔水導(dǎo)管入泥深度及控制的原理方法。揭示了海洋鉆井條件下隔水導(dǎo)管與海底土相互作用機(jī)理，創(chuàng)建了綜合海洋環(huán)境、鉆井動(dòng)載等多因素導(dǎo)管與土相互作用的本構(gòu)關(guān)系、群樁效應(yīng)計(jì)算模型，研發(fā)了隔水導(dǎo)管下入深度及控制的原理方法和模擬3 000 m 水深的試驗(yàn)裝置，為突破隔水導(dǎo)管關(guān)鍵技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

2）不同下入工藝的隔水導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)方法。通過(guò)系統(tǒng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大型模擬試驗(yàn)，揭示了導(dǎo)管作為“循環(huán)通道”、“持力結(jié)構(gòu)”兩大功能的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，研發(fā)了錘入、鉆入及噴射法下隔水導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)建了噴射下導(dǎo)管鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)圖版，研發(fā)了應(yīng)用軟件，為工業(yè)化應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

3）隔水導(dǎo)管海上施工監(jiān)測(cè)方法及控制技術(shù)。揭示了隔水導(dǎo)管貫入度與打樁錘性能參數(shù)，土質(zhì)特性內(nèi)在影響規(guī)律，研發(fā)了隔水導(dǎo)管下入施工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法和控制技術(shù)，研制了打樁防斜、扶正等關(guān)鍵控制工具，保證了隔水導(dǎo)管施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了海上作業(yè)的安全高效。

4）高強(qiáng)度、高效率隔水導(dǎo)管關(guān)鍵產(chǎn)品。研發(fā)了承載能力提高40%、可抵御我國(guó)海域百年一遇冰載的抗冰隔水導(dǎo)管組合結(jié)構(gòu)，研制了連接效率提高2倍以上的新型快速接頭，突破了惡劣海況下常規(guī)隔水導(dǎo)管抗冰技術(shù)難題，保障了油氣生產(chǎn)安全，大大提高了作業(yè)效率。該套技術(shù)于2014 年獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

基于技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)海油于2011年發(fā)布了有關(guān)海洋鉆井隔水導(dǎo)管的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，截至2018年底，這部標(biāo)準(zhǔn)在中國(guó)、西非、印度尼西亞等多個(gè)海域的58個(gè)油田、2 500多口井成功推廣應(yīng)用，取得了非常好的效果，節(jié)約成本數(shù)千萬(wàn)美元。

雖然目前API 有兩個(gè)與隔水導(dǎo)管相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但其直接涉及到隔水導(dǎo)管的內(nèi)容非常少，缺乏入泥深度計(jì)算模型及作業(yè)的相關(guān)要求等。因此，《海上鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)及作業(yè)導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)旨在建立一套合適的入泥深度設(shè)計(jì)和作業(yè)指導(dǎo)規(guī)范，以避免海洋鉆井由于鉆井隔水導(dǎo)管下入深度問(wèn)題所導(dǎo)致的安全事故，從而達(dá)到節(jié)省費(fèi)用的目的。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)的制定也可以填補(bǔ)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在該隔水導(dǎo)管技術(shù)領(lǐng)域的空白。未來(lái)該標(biāo)準(zhǔn)如能如期成功發(fā)布，將成為我國(guó)海洋石油工業(yè)領(lǐng)域在純算法技術(shù)領(lǐng)域的一次重大跨越，提升我國(guó)在該領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和技術(shù)影響力。

2 新標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

該標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范海洋鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度的設(shè)計(jì)和作業(yè)要求，包括3 種不同的下入方式及其選擇原則：錘入法、鉆入法和噴射法，強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析，入泥深度計(jì)算和作業(yè)要求。主要內(nèi)容包括：①提供3 種施工方法選擇標(biāo)準(zhǔn)，以處理如何選擇不同海上油氣田的隔水導(dǎo)管下入；②提供強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析方法，以及確定隔水導(dǎo)管的直徑、壁厚、鋼級(jí)等需要考慮的因素；③提供入泥深度預(yù)測(cè)模型以確定合理的深度，該模型考慮了鉆井隔水導(dǎo)管作為循環(huán)通道和承載結(jié)構(gòu)2 種功能以及群樁效應(yīng)；④提供施工作業(yè)監(jiān)控和控制要求，確保操作安全；⑤提供一些信息附錄。

3 新標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)內(nèi)容

3.1 海上鉆井隔水導(dǎo)管功能及施工方式

3.1.1 主要功能及其特征

隔水導(dǎo)管主要有兩個(gè)功能（圖1），一個(gè)是作為淺層鉆井的鉆井液循環(huán)通道；另一個(gè)是作為井口及后續(xù)套管的支撐持力結(jié)構(gòu)。隔水導(dǎo)管的入泥深度設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮這兩個(gè)功能。

圖1 鉆井隔水導(dǎo)管兩個(gè)功能示意圖

隔水導(dǎo)管安裝到位后，表層鉆進(jìn)過(guò)程中，隔水導(dǎo)管與鉆柱形成的環(huán)形空間可使得鉆井液從該環(huán)空上返至井口或泥線處，而不至于壓漏隔水導(dǎo)管鞋處的地層。

對(duì)于干式井口，隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)，主要用于支撐地面防噴器重量、表層套管重量及后續(xù)套管的部分重量，同時(shí)承受風(fēng)、海浪、波流及海冰等橫向荷載；對(duì)于水下濕式井口，隔水導(dǎo)管作為井口持力結(jié)構(gòu)，主要用于支撐水下防噴器、表層套管重量、后續(xù)套管的部分重量，并承受隔水管傳遞的彎矩荷載及海流作用的橫向荷載。

3.1.2 施工方式優(yōu)選

大多數(shù)情況下，隔水導(dǎo)管有3種施工作業(yè)方式，分別是：錘入施工、鉆入施工和噴射施工。根據(jù)油氣田開發(fā)模式、地區(qū)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、水深、海底土質(zhì)狀況、經(jīng)濟(jì)性等因素確定具體施工作業(yè)方式。

1）錘入施工。隔水導(dǎo)管的可錘入性校核，取決于海底土特性、導(dǎo)管規(guī)格、樁錘規(guī)格、井槽間距等。適宜于錘入法下入隔水導(dǎo)管的情況：①采用固定式導(dǎo)管架平臺(tái)開發(fā)的干式井口；②水深一般小于100 m，錘擊過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)載應(yīng)小于導(dǎo)管能夠承受的極限失穩(wěn)軸向荷載；③土體不排水，抗剪強(qiáng)度不易過(guò)大，具體可根據(jù)可錘入性分析得到。采用錘入施工的隔水導(dǎo)管一般應(yīng)由固定式導(dǎo)管架平臺(tái)提供導(dǎo)向孔和橫向支撐。

2）鉆入施工。在不考慮作業(yè)效率的情況下，鉆入法幾乎適應(yīng)于所有隔水導(dǎo)管下入施工，尤其適宜于：①地質(zhì)條件復(fù)雜、巖面起伏較大或地下障礙物較多；②采用半潛式鉆井平臺(tái)預(yù)鉆井再回接的開發(fā)井和淺水海域的探井。

3）噴射施工。噴射法下隔水導(dǎo)管一般用于深水鉆井，主要適宜于：①深水海域的探井和開發(fā)井；②土體不排水，抗剪強(qiáng)度不宜過(guò)高而導(dǎo)致噴射無(wú)法下入。

3.2 海上鉆井隔水導(dǎo)管下入深度計(jì)算模型

隔水導(dǎo)管下入深度應(yīng)同時(shí)滿足2個(gè)主要功能的要求承載，最小下入深度取二者計(jì)算結(jié)果的較大值[3]。①作為鉆井液循環(huán)通道，其最小入泥深度處的地層破裂壓力應(yīng)大于鉆井液循環(huán)當(dāng)量密度，不發(fā)生井漏為限制條件；②作為井口持力結(jié)構(gòu)，隔水導(dǎo)管入泥深度應(yīng)滿足軸向力學(xué)平衡，即隔水導(dǎo)管的側(cè)向摩擦力應(yīng)大于隔水導(dǎo)管自重及其承受的軸向荷載之和。

3.2.1 依據(jù)循環(huán)通道功能最小下入深度計(jì)算方法

鉆井隔水導(dǎo)管要作為泥漿循環(huán)的通道，其最小入泥深度hmin：

式中：Pf為導(dǎo)管管鞋處土體的破裂壓力，Pa；Pl為環(huán)空壓耗，Pa；g 為重力加速度，m/s2；dmud為下個(gè)井段鉆井流體密度，kg/m3；L為泥線以上導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m。

海底淺層一般是固結(jié)較差的土壤，其破裂模式與巖石破裂差別較大，其主要受固結(jié)理論控制，一般破壞形式為土體的剪切破壞，即當(dāng)鉆井液循環(huán)壓力大于土體的抗剪切強(qiáng)度時(shí)，地層發(fā)生破壞[4]。因此，隔水導(dǎo)管鞋處的土體破裂壓力：

式中：τmax為土體最大抗剪切強(qiáng)度，Pa。

3.2.2 依據(jù)井口持力結(jié)構(gòu)功能最小下入深度

1）采用錘入法、鉆入法施工的隔水導(dǎo)管，作為干式井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，最小入泥深度按照以下步驟計(jì)算。

①確定隔水導(dǎo)管上端部所受荷載Ntop：

式中：Ntop導(dǎo)管頂部所有荷載之和，kN；Wwellhead施加在隔水導(dǎo)管上的井口荷載（包括防噴器（BOP）、采油樹等重量），kN；Wsur表套固井時(shí)施加在隔水導(dǎo)管上的井口荷載，kN；Wsqu后續(xù)套管固井井口荷載，kN；α 為施加在隔水導(dǎo)管上的坐掛重量分配系數(shù)，按照導(dǎo)管與套管橫截面剛度比確定。

②確定隔水導(dǎo)管自重Wcond：

式中：Wcond為導(dǎo)管本體重量，kN；w 為導(dǎo)管單位長(zhǎng)度的重量，kN/m；Hmin為持力結(jié)構(gòu)功能下的最小下入深度，m。

③確定隔水導(dǎo)管入泥部分土體極限側(cè)向承載力Qf：

式中：Qf為導(dǎo)管側(cè)面極限摩擦阻力，kN；De為隔水導(dǎo)管與土體接觸部分的有效直徑，鉆入法施工包括水泥環(huán)厚度，m；n 為導(dǎo)管入土范圍內(nèi)海底土的層數(shù)；fi為第i 層土體單位面積側(cè)面摩擦阻力，kPa；hi為第i 層土體中長(zhǎng)度，m，其中

④確定隔水導(dǎo)管端部極限承載力Qu：

式中：Qu為導(dǎo)管端部持力層極限承載能力，kN；Di為隔水導(dǎo)管內(nèi)徑，m；qu為隔水導(dǎo)管端部所在土層單位面積極限阻力，kPa。

⑤確定隔水導(dǎo)管最小入泥深度：

式中，S 為土體側(cè)向極限承載力安全系數(shù)，一般取1.5。

2）采用噴射法施工的隔水導(dǎo)管，作為水下濕式井口持力結(jié)構(gòu)時(shí)，最小入泥深度按以下步驟計(jì)算。

①確定隔水導(dǎo)管的初始承載力Q0：

Q0=WOBlast=R?(Wcond-b+WLPWH+WDC+WCADA+WMud_Mat)（10）式中：Q0為初始承載力，kN；WOBlast為最終噴射到位的測(cè)量鉆壓，kN；R 為鉆壓的可利用率(取值范圍0.8~1.0)，建議取0.8；Wcond-b為隔水導(dǎo)管浮重，kN；WLPWH為低壓井口頭浮重，kN；WDC為噴射鉆具浮重，kN ；WCADA為CADA（Cam Actuated Drilling Assembly）工具浮重，kN；WMud_Mat為防沉板浮重，kN。

②確定隔水導(dǎo)管的實(shí)時(shí)承載力Qt：

式中：Qsetup為土壤恢復(fù)力，kN；Δ αt為土壤強(qiáng)度恢復(fù)因子，無(wú)量綱，Δ αt=k?[2+lg( t )]，其中k 為承載力恢復(fù)系數(shù)，取0.055，t 為導(dǎo)管靜置時(shí)間，d；DC為隔水導(dǎo)管直徑，m；H 為試算過(guò)程中的隔水導(dǎo)管的下入深度，m；Suave為土體抗剪強(qiáng)度，kPa。

③確定隔水導(dǎo)管的極限側(cè)向承載力Qf：

④確定隔水導(dǎo)管端部極限承載力Qu：

⑤確定表層套管固井井口荷載：

式中：Wlanded為表套固井井口荷載，kN；W1為表層套管浮重，kN；W2為固井管柱浮重，kN；W3為表套與固井管柱環(huán)空流體重量，kN。

⑥確定隔水導(dǎo)管承受的軸向荷載Nload：

式中：Nload為導(dǎo)管頂端部軸向荷載，kN；FS1、FS2為荷載擴(kuò)大系數(shù)，F(xiàn)S1取1.0，F(xiàn)S2建議值取1.3；WWH為井口浮重，kN。

⑦確定隔水導(dǎo)管最小入泥深度：

式中，Hmin為隔水導(dǎo)管最小入泥深度，m。

隔水導(dǎo)管入泥深度合理性校核，應(yīng)包括噴射受阻校核、防止隔水導(dǎo)管下沉校核。

3.3 隔水導(dǎo)管極限承載力研究

重點(diǎn)對(duì)采用錘入法、鉆入法兩種施工方式進(jìn)行研究。

3.3.1 錘入法下隔水導(dǎo)管側(cè)向摩擦力

1）黏性土單位面積側(cè)向摩擦力。對(duì)于黏性土的管樁，沿樁長(zhǎng)上任一點(diǎn)的樁側(cè)摩阻力：

式中：fi-c為黏性土體側(cè)面摩擦阻力，kPa；Su為土體不排水抗剪強(qiáng)度，kPa；β 為黏著系數(shù)，無(wú)量綱，由下式確定：

式中，P0為計(jì)算點(diǎn)處的有效上覆壓力，kPa。

2）粒狀土單位面積側(cè)向摩擦力。對(duì)于粒狀土，沿隔水導(dǎo)管側(cè)面任一點(diǎn)的單位面積側(cè)向摩擦力：

式中：fi-s為非黏性土體單位面積側(cè)向摩擦阻力，kPa；K 土壓力作用系數(shù)，無(wú)量綱，取值為0.8；δ樁土間有效摩擦角，（°）。

3.3.2 鉆入法下隔水導(dǎo)管側(cè)向摩擦力試驗(yàn)研究

采用鉆入施工方法下入隔水導(dǎo)管，首先采用海水作為循環(huán)流體進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆至預(yù)定深度后下入隔水導(dǎo)管并進(jìn)行固井，隔水導(dǎo)管的承載力與水泥環(huán)及其外部的地層直接相關(guān)。該標(biāo)準(zhǔn)在制定以前，曾開展過(guò)大量的試驗(yàn)研究，以探索導(dǎo)管與水泥環(huán)以及地層見(jiàn)的相互作用規(guī)律。

基于調(diào)整優(yōu)化固井水泥漿配方達(dá)到控制水泥漿固結(jié)時(shí)間的目的。水泥漿固結(jié)時(shí)間分別設(shè)定為48 h、36 h和24 h，以分別測(cè)量水泥固結(jié)過(guò)程中水泥與鋼管樁之間摩擦力的變化情況。試驗(yàn)采用的力學(xué)模型以及海邊模擬試驗(yàn)過(guò)程如圖2、圖3所示。

圖2 鉆入法下隔水導(dǎo)管側(cè)向摩擦力試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖3 鉆入法下隔水導(dǎo)管側(cè)向摩擦力試驗(yàn)

基于大量的試驗(yàn)?zāi)M研究，導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的黏結(jié)強(qiáng)度主要體現(xiàn)在側(cè)面摩擦阻力的變化上。根據(jù)以往相關(guān)研究，其固結(jié)強(qiáng)度的變化主要表現(xiàn)在48 h以內(nèi)的時(shí)間，之后水泥環(huán)與外部地層之間的相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕堋?8 h 以內(nèi)，導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的摩擦阻力增加明顯；之后其導(dǎo)管-水泥環(huán)間的黏結(jié)力基本穩(wěn)定，變化趨緩。因此導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的黏結(jié)力，可基于48 h之內(nèi)的拔導(dǎo)管阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

通過(guò)對(duì)比多組試驗(yàn)結(jié)果，取得了導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)黏結(jié)強(qiáng)度隨固結(jié)侯凝時(shí)間的變化規(guī)律?？紤]到水泥環(huán)與鋼管樁黏結(jié)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)具有相似性，均可用y=aln(t)+b 進(jìn)行回歸，其中y 為導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)的摩擦力，MPa；t為水泥漿固結(jié)時(shí)間，h；a、b為常數(shù)。

根據(jù)所開展的3 組典型試驗(yàn)結(jié)果，可推導(dǎo)出不同固結(jié)時(shí)間工況下水泥環(huán)與導(dǎo)管側(cè)面的黏結(jié)強(qiáng)度變化規(guī)律趨勢(shì)。推導(dǎo)得出單樁和群樁情況下，導(dǎo)管側(cè)面與與水泥環(huán)摩擦阻力隨固結(jié)時(shí)間變化趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間摩擦阻力力隨時(shí)間變化關(guān)系

當(dāng)固結(jié)作用時(shí)間在t 范圍以內(nèi)時(shí)，導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的摩擦阻力隨著時(shí)間的變化規(guī)律為：

當(dāng)固結(jié)作用時(shí)間超過(guò)t 范圍時(shí)，導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的摩擦阻力隨著時(shí)間的變化規(guī)律為：

式中：τ 為導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的單位面積摩擦阻力，MPa；t 為導(dǎo)管側(cè)面與水泥環(huán)之間的固結(jié)作用時(shí)間，h。

3.4 隔水導(dǎo)管施工作業(yè)技術(shù)要求

3.4.1 錘入法施工

采用錘入施工法下入隔水導(dǎo)管時(shí)，固定式平臺(tái)導(dǎo)管架上設(shè)置的導(dǎo)向孔應(yīng)與隔水導(dǎo)管尺寸相匹配，導(dǎo)向孔直徑一般應(yīng)比隔水導(dǎo)管直徑大50.8 mm（2 in）；扶正塊的安裝位置及數(shù)量應(yīng)以隔水導(dǎo)管強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果為依據(jù)。當(dāng)井口中心距小于3倍隔水導(dǎo)管直徑時(shí)，應(yīng)考慮群樁效應(yīng)，優(yōu)化錘入施工順序[4]。

在貫入度控制方面，應(yīng)根據(jù)不同型號(hào)打樁錘的推薦意見(jiàn)確定拒錘點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在無(wú)推薦意見(jiàn)時(shí)，一般規(guī)定：①當(dāng)隔水導(dǎo)管重量不超過(guò)4 倍樁錘重量時(shí)的拒錘標(biāo)準(zhǔn)為：在連續(xù)1.5 m入泥范圍內(nèi)，每0.3 m不超過(guò)300 擊，或入泥0.3 m 其錘擊數(shù)超過(guò)800 錘；在錘入過(guò)程中如有超過(guò)1 h 的停歇且恢復(fù)錘入后，貫入深度小于0.3 m，該標(biāo)準(zhǔn)不能適用。②當(dāng)隔水導(dǎo)管超過(guò)4 倍樁錘重量時(shí)，拒錘點(diǎn)時(shí)的錘擊數(shù)應(yīng)按比例增加。③隔水導(dǎo)管未到設(shè)計(jì)深度出現(xiàn)拒錘時(shí)，宜采用鉆具鉆出導(dǎo)管鞋以下約3 m，再恢復(fù)錘入作業(yè)，直到設(shè)計(jì)深度[5]。

3.4.2 鉆入法施工

采用鉆入法下隔水導(dǎo)管、鉆頭直徑的選擇應(yīng)滿足隔水導(dǎo)管下入要求及固井質(zhì)量控制要求，一般情況下鉆頭與隔水導(dǎo)管尺寸配合關(guān)系為：914.4 mm鉆頭與762.0 mm隔水導(dǎo)管；660.4 mm鉆頭與508.0 mm隔水導(dǎo)管。

一般情況下，隔水導(dǎo)管鉆入法施工技術(shù)要求是：①隔水導(dǎo)管內(nèi)的泥線懸掛器支撐環(huán)應(yīng)位于泥線以下2~3 m；遙控接頭或泥線上方的第一個(gè)導(dǎo)管接頭應(yīng)位于泥線以上2 m左右；②下入導(dǎo)管過(guò)程中，當(dāng)管鞋進(jìn)入裸眼時(shí)，應(yīng)觀察鉆臺(tái)上的懸重變化情況；③最后一根導(dǎo)管的下部接頭應(yīng)避開套管頭的安裝位置。

侯凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)水泥漿化驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)水泥漿樣品凝固情況確定，應(yīng)保證在下一開井眼鉆井過(guò)程中隔水導(dǎo)管能夠滿足井口荷載的要求。

3.4.3 噴射法施工

一般情況下，隔水導(dǎo)管噴射法施工所采用的鉆頭與隔水導(dǎo)管的配合關(guān)系是：①鉆頭與隔水導(dǎo)管尺寸配合應(yīng)考慮導(dǎo)管側(cè)向摩擦力、噴射下入速度、噴射后靜止時(shí)間等因素，一般的配合關(guān)系為660.4 mm鉆頭與914.4 mm隔水導(dǎo)管；②應(yīng)根據(jù)地層的軟硬情況確定鉆頭伸出導(dǎo)管鞋長(zhǎng)度，一般為101.6 ~152.4 mm，且應(yīng)保證鉆頭保徑上臺(tái)階不出導(dǎo)管鞋。

噴射導(dǎo)管鉆具組合一般為：鉆頭+馬達(dá)+浮閥接頭+隨鉆測(cè)井/測(cè)量+隨鉆測(cè)斜+扶正器+短無(wú)磁鉆鋌+短鉆鋌+鉆鋌+轉(zhuǎn)換接頭+鉆鋌+隔離接頭+機(jī)械液壓組合震擊器+送入工具。

一般情況下，隔水導(dǎo)管噴射法施工作業(yè)參數(shù)可采用以下原則確定：①鉆壓選擇的下限為泥線以下隔水導(dǎo)管浮重的80%，上限為隔水導(dǎo)管與鉆具組合浮重的100%；②排量的選擇應(yīng)滿足噴射液體從隔水導(dǎo)管和鉆具組合的環(huán)形空間上返，并從送入工具的出口溢出的要求；③隔水導(dǎo)管噴射下到位后的等候時(shí)間，應(yīng)根據(jù)入泥深度設(shè)計(jì)時(shí)采用的海底土性質(zhì)及導(dǎo)管靜止時(shí)間關(guān)系式確定。

在安裝質(zhì)量要求方面，隔水導(dǎo)管安裝完成后其頂端低壓井口頭的水平度應(yīng)小于1.0°。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

標(biāo)準(zhǔn)中所給出的鉆井隔水導(dǎo)管下入深度預(yù)測(cè)和施工控制技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外海域近60 個(gè)油氣田2 300 多口井中成功應(yīng)用，作業(yè)精度從70%以下提高到90%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。該預(yù)測(cè)方法的研究改變了以往靠地區(qū)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的做法，在保證作業(yè)本質(zhì)安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了合理下深的目標(biāo)。表1為該技術(shù)部分應(yīng)用案例結(jié)果，在中國(guó)南海、渤海等4海域以及海外印尼、西非等區(qū)塊應(yīng)用效果顯著。

表1 部分海上油田隔水導(dǎo)管入泥深度對(duì)比

續(xù)表1 部分海上油田隔水導(dǎo)管入泥深度對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)海油牽頭又一次成功的在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 及國(guó)際油氣生產(chǎn)者協(xié)會(huì)IOGP 組織中提出了新的標(biāo)準(zhǔn)提案，并已通過(guò)IOGP 立項(xiàng)，目前項(xiàng)目運(yùn)行良好，有望于2021年完成標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

1）新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)海洋鉆井隔水導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)和作業(yè)，能夠提出并規(guī)范其計(jì)算模型和作業(yè)的導(dǎo)則，有望彌補(bǔ)目前ISO標(biāo)準(zhǔn)在該領(lǐng)域的空白；在避免海上油井的安全事故和節(jié)約成本方面可發(fā)揮重要作用。

2）新標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括3 種下入方式，隔水導(dǎo)管的入泥深度計(jì)算方法、作業(yè)工藝要求等，內(nèi)容全面且重點(diǎn)突出。

3）新標(biāo)準(zhǔn)提案的通過(guò)及未來(lái)的發(fā)布，將會(huì)顯著提升我國(guó)海洋石油工業(yè)在該技術(shù)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，有利于提高行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，將實(shí)現(xiàn)我國(guó)海洋石油工業(yè)領(lǐng)域在純算法技術(shù)領(lǐng)域的一次重大跨越。