深水钻井导管极限承载力计算分析

李磊（中国石油大学，北京102200）

深水钻井导管极限承载力计算分析

李磊（中国石油大学，北京102200）

针对海上钻井导管下入施工实际情况，采用API规范建立了钻井导管极限承载力计算模型。根据流花4-1油田井场调查土质参数，建立了30英寸和36英寸钻井导管极限承载力曲线，确保了海上钻完井作业的安全性。

深水；喷射；导管；入泥深度；钻具组合

钻井导管是海上油气井施工过程中下入的第一层结构管，它为钻井井口、悬挂套管、采油树以及防喷器组提供结构支撑。钻井导管须能够承受海上钻井设备、套管以及将来生产、修井作业时强加其上的多种载荷。流花4-1油田水深268.2米，海底浅层土质薄弱，为保证导管能承受钻完井作业时的各种载荷，确保作业安全，需要根据油田海底浅层土质参数进行承载力分析。

1　海底土质承载力计算模型

对于钻井导管来说，可以作为一个不带桩靴的钻井船桩腿对待。在API规范中可用单桩轴向极限承载力经验公式，来进行极限承载力计算。

单桩轴向极限承载力计算公式：

式中：Qf—隔水导管桩侧壁摩阻力，KN；Qp—隔水导管桩端阻力，KN；f—隔水导管桩侧壁单位摩擦力，KN/m2；qu—隔水导管桩底部单位极限阻力，KN/m2；As—隔水导管桩侧壁表面积，m2；Ap—隔水导管桩底部截面积，m2。

2　导管在粘性土层中的摩擦力分析

隔水导管打入粘性土层中与土体的摩擦力，可采用API方法2来计算。

式中：δ—粘着系数；当Su小于2.44 KN/m2和大于7.32 t/m2时，δ值分别为1.0和0.5；当Su介于2.44-7.32 KN/m2之间时，δ值会随Su线性减小。δ值是经验性的，用此法求得的f值，不应大于20 KN/m2。

3　导管在砂性土层中的摩擦力分析

隔水导管打入砂性土层中与土体的摩擦力，可采用下式计算：

式中：K-地层侧压力系数，对轴向压缩荷载K=0.5-1.0；P0-有效上覆土压力，KN/m2；δ-土与桩之间摩擦角，一般取δ=ϕ-5∘；ϕ-土的内摩擦角。

4　流花4-1油田钻井导管极限承载力

根据流花4-1油田井场调查报告，流花4-1油田海域海底土质参数如表1所示。

表1　流花4-1油田海底土质参数

1 2 3 4 5软到坚固的粉砂质粘土分散的细到中细的粘土质砂层硬到坚硬的粉砂质粘土分散的粘土质砂层及硬的砂质粘土迭层硬到非常坚硬的粉砂质粘土（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

根据公式（1）、（2）、（3）所述钻井导管极限承载力计算模型和流花4-1油田海底土质参数，求得30和36英寸外径钻井导管极限承载力如图1所示。

图1　流花4-1油田钻井导管极限承载图版

有图1可得知，流花4-1油田在海底入泥75米范围内30和36英寸钻井导管极限承载力不超过400吨，36英寸外径钻井导管所能获得的地层承载力要大于30英寸外径导管。

5　结语

海上钻井导管极限承载力对海上钻完井作业安全非常重要，在钻井导管进行下入施工前，应进行充分的井场地质调查，获取准确海底浅层土质参数，对导管极限承载力进行计算分析，确保钻井导管能够承受海上钻井设备、悬挂套管以及将来生产、修井作业时强加其上的多种载荷，保证海上施工安全。

［1］杨进，刘书杰，王平双.海上钻井隔水导管下入深度理论与控制技术［M］.石油工业出版社.2009-06.

［2］徐荣强，陈建兵，刘正礼.喷射导管技术在深水钻井作业中的应用［J］.石油钻探技术，2007，35（3）：19-22.