盡管油價將長期處于低位，但許多作業(yè)公司仍然在全球勘探和開發(fā)一些極具挑戰(zhàn)性的海上油氣資源。勘探開發(fā)鉆井計劃的目標(biāo)在一些深水地區(qū)，這些地區(qū)面臨的共同挑戰(zhàn)是作業(yè)水深較深，存在強大的洋流和海浪。

要在這些地區(qū)經(jīng)濟高效地鉆井，需要認真規(guī)劃鉆井作業(yè)，以盡量減少非生產(chǎn)時間。在規(guī)劃過程中，一個關(guān)鍵點是分析海洋鉆井隔水管系統(tǒng)，以建立特定隔水管作業(yè)（如在惡劣條件下部署和回收隔水管）的環(huán)境限制條件。

本文將討論近期的三項技術(shù)進展，它們幫助作業(yè)公司實現(xiàn)了在全球一些極具挑戰(zhàn)性的地區(qū)進行鉆井作業(yè)。這些技術(shù)進步已經(jīng)應(yīng)用在了WoodGroup的DeepRiser鉆井隔水管全局分析軟件中，實現(xiàn)了鉆井隔水管系統(tǒng)的真實建模。

深水船舶漂移

使用動力定位（DP）的鉆井船已經(jīng)普遍應(yīng)用于了深水和超深水鉆井作業(yè)。使用DP船進行鉆井時，主要需要考慮的問題是，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，船舶不能保持穩(wěn)定時，將會發(fā)生什么。

導(dǎo)致這種情況的故障類型包括喪失動力、漂移（當(dāng)控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致推進器將船舶推離應(yīng)該停留的位置），以及一個或多個推進器故障。在這些情況中，最緊急的情況通常是喪失動力，這可能導(dǎo)致船舶漂移，船只被環(huán)境力推離原來的位置。

如果發(fā)生這種情況，則需要實施緊急斷開程序（EDS）。實際生產(chǎn)中，一般使用警戒圈來確保EDS及時啟動。警戒圈根據(jù)到油井的水平距離定義閾值，確定了何時必須啟動EDS。

有許多方法可以計算警戒圈的位置數(shù)據(jù)，最簡單的方法是將警戒圈定義為水深的固定百分比。但事實已經(jīng)證明，在某些情況下，這種做法可能會導(dǎo)致隔水管或油井損壞。鑒于此，鉆井公司已經(jīng)不再親睞此方法。

另外一種更真實的方法是對船舶進行模擬，以預(yù)測其在環(huán)境力作用下的移動路徑。最新的方法是采用一個全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個模型中，如圖。

計算警戒圈的最新方法是采用一個全耦合圖版，它將隔水管和船舶集成到了單個模型中

緊急斷開情況

有許多緊急情況需要考慮，包括剛剛討論的漂離原位情形，它需要將隔水管與油井?dāng)嚅_連接。緊急斷開的物理原理相當(dāng)復(fù)雜。在模擬這種情況時，必須考慮許多特殊因素。

第一個需要考慮的因素是隔水管張緊器系統(tǒng)的作用。在緊急斷開情況下，張緊器系統(tǒng)必須能夠做出響應(yīng)，提升隔水管使LMRP與BOP斷開，同時降低施加到隔水管的總拉力。在實現(xiàn)這些動作的過程中，不能損壞任何隔水管相關(guān)設(shè)備，包括伸縮接頭、張緊環(huán)和張緊系統(tǒng)。新的鉆井隔水管分析軟件引入了一個更詳細的液壓氣動模型，程序可以模擬隔水管系統(tǒng)對緊急斷開情況做出的三維響應(yīng)。

模擬緊急斷開情形的第二個挑戰(zhàn)是，斷開連接后，對隔水管內(nèi)鉆井液作用的建模。鉆井液用于控制井內(nèi)壓力，并在鉆進時將鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的鉆屑攜帶出井。在斷開連接后，隔水管內(nèi)很難留有鉆井液。這種現(xiàn)象對隔水管的行為有明顯的影響。

為了準(zhǔn)確建模，該軟件將有限體積（FV）泥漿流動模型與隔水管FE結(jié)構(gòu)模型進行了結(jié)合。對于深水、惡劣環(huán)境中的作業(yè)，能夠精確建模尤為重要。斷開連接后，對張緊器系統(tǒng)和鉆井液的作用進行精確建模，有利于確保作業(yè)經(jīng)濟可行的同時，安全操作處理隔水管。

井口和導(dǎo)管模型

海洋鉆井行業(yè)最新的研究進展，這些進展包括更多地使用現(xiàn)代化的第六代移動式海上鉆井平臺，其攜帶有更大、更重的BOP組，可以向井口和井筒結(jié)構(gòu)施加更大的載荷。另一個挑戰(zhàn)是對更高水平的油井干預(yù)作業(yè)的要求，而油井干預(yù)作業(yè)則是為了最大限度地從現(xiàn)有油藏采出更多油氣資源。

多年來，行業(yè)一直在努力尋求多種方式解決這些問題，隔水管分析軟件工具也得到了進一步的開發(fā)。

更新后的軟件能夠以前所未有的精確度對井口、導(dǎo)管、套管、環(huán)空水泥和土壤結(jié)構(gòu)進行建模，這種精確度采用之前的隔水管全局分析工具是無法實現(xiàn)的。通過使用同心管模型，軟件可以精確對構(gòu)成井筒結(jié)構(gòu)的單層套管進行建模。

此外，該軟件還提供了一系列選項來對抵抗導(dǎo)管橫向運動的阻力進行建模。建模使用載荷變形曲線（P-y曲線）來完成，該曲線將土壤引起的阻力描述為導(dǎo)管橫向偏移的函數(shù)。井口、導(dǎo)管和套管的詳細模型填補了之前用于全局分析的復(fù)合模型與更復(fù)雜的三維局部模型之間的空白。雖然這些模型不能提供與局部組件模型一樣詳盡的信息，但詳細的整體模型通過全局分析可以提高疲勞壽命預(yù)測，這有助于研發(fā)局部組件模型。改進的預(yù)測結(jié)果對于證明鉆井、修井和棄井封井作業(yè)的可行性至關(guān)重要，特別是在惡劣環(huán)境中。

結(jié)論

隨著油氣行業(yè)進入一個新的市場環(huán)境，很明顯，海洋油氣資源的開發(fā)仍將在滿足世界能源需求方面發(fā)揮重要作用。隨著易于獲取的資源的枯竭，能源公司將不可避免地轉(zhuǎn)向深水、以及環(huán)境更惡劣的區(qū)域。為了確保以經(jīng)濟可持續(xù)的方式進行油氣勘探開發(fā)，油氣公司需要采用新型數(shù)字技術(shù)，以盡可能高的準(zhǔn)確度模擬鉆井作業(yè)。WoodGroup的DeepRiser工具便是使用此技術(shù)的一種典型產(chǎn)品，它有助于提高在一些全球最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中進行鉆井作業(yè)的可行性。