第十一章海上隔水管.doc

第十一章 海上隔水管 第一节海上隔水管简介 海上隔水管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管，是在钻井作业时隔绝海水、循环泥浆的安全通道，上接导流器，下连防喷器，是一组重要的水下钻井装备。在海上石油的勘探中，钻井隔水管是整个钻井系统中重要而又薄弱的环节，是影响海上钻井安全的重要因素。因此隔水管的稳定性对于整个石油的勘探、开采起着重要的作用。 （一）海上隔水管系统主要功能如下： a．隔开海水，提供井口与钻井船之间的液体传输的通道： 1）正常钻井条件下，在隔水管环空内。 2）当BOP组正用于井控时，通过节流和压井管线。 b．支撑节流、压井及辅助管线； c．把工具导向井内； d．作为BOP组的送入和回收管体。 （二）海上隔水管特点： 工况多变 ； 操作频繁； 深水对钻井隔水管的作用效率与安全有重要的影响； 其安全性与钻井过程及钻井参数密切相关。 （三）深水隔水管特点： 结构更为复杂 ； 隔水管设计时所考虑的主要因素不同； 受力状态更加恶劣和复杂，动态响应更为明显，动态分析时与浅水也有很大的不同； 操作时间长，导致非钻井时间变长，容易出现操作不当导致结构损伤 （四）海上隔水管的失效形式： 1、隔水管灾难性破坏 2、隔水管爆裂 3、隔水管塌陷（静水压溃） 4、涡激振动导致开口破坏 5、隔水管最下部接头处（LMRP上部）断裂 6、隔水管磨损 第二节 海上隔水管系统组成及工作原理 （一）隔水管系统的组成 1 卡盘/万向节 2 分流器 3 上部挠性接头 4 伸缩节 5 张力环 6 中间挠性管 7 上部接头 8 隔水管 9 隔水管适配器 10 单挠性接头 11 防喷器接头 12 井口接头 13 井口 （二）海上隔水管系统配套设备 1、卡盘（液压连接装置） 隔水管液压上紧装置放在转盘上，当提起隔水管和连接隔水时，将隔水管柱和BOP组件坐在盘上，卡盘内径和转盘内径相同。其主要作用在于夹紧水管，便于快速连接和拆卸隔水管接头。 隔水管万向节 隔水管万向节放在转盘和卡盘之间，能够支持卡盘、整个隔水管柱和BOP组件的重量，其作用类似于伸缩接头，可以补充由于海流产生的隔水管偏移，便于隔水管连接。 2、分流器(转喷器） 当穿过30英寸套管进行井口钻井时，如有必要，可采用隔水管，使用重泥浆，以提供过平衡。此阶段尚未安装防喷器（BOP）因为一般情况下30英寸的套管还缺少关井所需的足够的压力完善性。因此，如果井自喷，隔水管将把流体导引至钻机上的分流系统。通常，分流系统由环空密封设备、既能打开放气管线又能关闭钻井液返出管的装置以及一个控制系统组成。 3、上部挠性接头（球接头） 挠性和球形接头用于使隔水管和BOP组之间产生角位移，从而减小隔水管上的挠距。此外，还可用在隔水管的顶部，便于钻机的动作。在某些情况下，这种接头还可以安装在伸缩接头以下隔水管柱的中部，用以减小隔水管的应力。挠性接头的旋转刚度使之在控制隔水管角度时比球形接头更有效。通常，一个挠性接头的旋转刚度属于角度非线性功能，每旋转一度，角度变化10,000~30,000英尺/磅。旋转刚度还可能随温度变化。 4、伸缩节 伸缩接头的基本功能是补偿船舶与隔水管之间的相对直移运动。其外筒为隔水管张力负荷提供结构性支持。伸缩接头由外筒和内筒及一个张拉环组成，外筒与钻井隔水管相连，内筒与钻井船相连，张拉环能够把张力系统的负荷传递至隔水管的外筒。 5、张力环 6、中间挠性管（用以减小隔水管的应力 ） 深水钻井船配置较多，半潜式钻井平台不配置。 7、隔水管接头（隔水管连接装置） 容易对扣，快速上扣，排列校直； 适合在水深7500英尺以内作业，不过取决于环境和井控的条件，MR-10R接头能够在水深10000英尺以内作业； 预加载接头能显著减小由周期载荷引起的交变应力的值域，从而提高抗疲劳寿命； 拉力和弯曲载荷的主要载荷路径通过锁并进入管体，而不影响致动螺丝。 8、底部隔水管总成 隔水管适配器 单挠性接头 环形BOP 液压连接器 挠性节流与压井管线 挠性节流与压井管线短接头 第三节 海上隔水管操作系统实例 （一）实例： 西方大力神钻井平台（WEST HERCULES)在南海荔湾 3-3-1井（水深1551米）隔水管系统下入操作分析。 隔水管型号：Cameron “LoadKing” 3.5 riser。 OD/ID：21/19-1/4” 平均长度：75ft, 材质： x80，本体上有5条管线分别为阻流压井管，增压管及两条给BOP补充能量的液压管线 屈服强度： 80kpsi, 接头扣型：Loadking，接头密封：两道橡胶圈+钢圈 隔水管短接：内置riser fill valve,水深超过5000f