深水钻井浅层土力学参数随钻评价方法研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 2次 | 上传用户:shumoljw
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深水浅层土力学性质对于钻井设计、现场作业以及后期的油气开发都起着十分重要的作用。由于水深的限制,海底泥线10米以下的土样难以获取,因此无法对海底浅层更深处的土力学性质进行准确判断,可能导致导管喷射施工深度设计不合理,设计深度深会造成导管材料浪费和效率低下的问题,设计深度浅则会造成导管稳定性差等安全问题。为了优化深水导管喷射安装深度及施工作业设计,亟需一种经济、方便的方法来获取海底浅层土力学参数。基于水射流理论,分析了导管喷射安装过程中淹没水射流特征,结合土体临界破坏压力的研究,对喷射下入过程钻头与海底土的相互作用进行了研究,建立了喷射下入过程中喷嘴射流范围的计算模型,揭示了喷射排量与土体性质共同影响导管射流范围的破土机理。基于岩土介质收缩理论,结合喷射破土的实际情况,对导管喷射过程中导管周围土体恢复规律进行了研究,建立了导管与海底土相互作用的力学分析模型,得出了砂土层及粘土层收缩半径随土体径向压力的变化规律。基于导管摩阻力室内模拟实验,对导管摩阻力在砂土及粘土中的不同变化规律进行了研究;通过在纯砂土和纯粘土的模拟实验,建立了导管极限摩阻力计算土力学参数的模型并验证了其准确性;通过砂-粘土互层模拟实验,研究了导管进入不同性质土层时摩阻力的变化规律,研究发现,导管进入不同性质土层时,导管摩阻力的变化率范围在3-5倍,建立了依据导管摩阻力变化判别土质性质准则。基于导管摩阻力现场模拟实验,研究了喷射导管摩阻力随时间的变化关系,得出了导管摩阻力恢复曲线,定量地描述了导管摩阻力和极限摩阻力的函数关系,建立了导管摩阻力随时间变化的计算模型。基于喷射下入过程中管柱力学分析,建立通过导管施工参数计算导管摩阻力的模型;基于桩土作用理论,建立通过土力学参数计算极限摩阻力的模型;结合室内实验对土体性质的判别准则及室外实验的摩阻力恢复系数的计算模型;得出通过导管喷射安装施工参数分层评价浅层土力学参数的方法。通过室外实验、浅水及深水的实例计算,验证了该计算模型的准确性。并根据获取的土力学参数为邻井提出优化方案,深水的实例应用表明优化效果显著。该随钻评价方法可为深水勘探开发提供土力学参数支持和导管喷射优化设计。
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