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深水油气开采风险评估及安全控制技术进展与发展建议

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石油钻探技术 2023年第4期51卷 55-65页

作者：张来斌谢仁军殷启帅中国石油大学(北京) 北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 中海油研究总院有限责任公司北京100028

深水油气资源是国际油气勘探开发的主战场和技术争夺的制高点,南海深水油气资源丰富,但面临更恶劣的深水海洋环境、更复杂的浅层地质灾害、更具挑战的深层地质条件和更苛刻的深水油气开采工况,致灾机理复杂,作业风险极高,探索适用于南... 详细信息

深水油气资源是国际油气勘探开发的主战场和技术争夺的制高点,南海深水油气资源丰富,但面临更恶劣的深水海洋环境、更复杂的浅层地质灾害、更具挑战的深层地质条件和更苛刻的深水油气开采工况,致灾机理复杂,作业风险极高,探索适用于南海深水油气开采的风险评估及安全控制技术体系,是确保深水油气安全高效开采的关键。针对深水油气开采面临的海洋环境、浅层灾害、深层地质、气井开采等四大挑战,通过技术攻关与工程实践,形成了具有南海特色的深水油气开采风险评估基础理论及关键技术体系,包括深水海洋环境风险评估与控制、深水浅层地质灾害预测与控制、深水钻井井控与应急救援、深水油气开采设施安全检测及监测等关键技术,指出超深水、深水深层、深远海等待勘探领域亟需解决复杂井作业风险高、关键核心装备和工程软件依赖进口、深水安全环保要求极高、数字智能化转型迫切等重大问题,提出了持续追求本质安全、推进关键装备和工程软件的国产化、增强高效风险防控与应急能力、智能化保安全等发展建议,以进一步推动深水油气开采风险评估及安全控制技术的发展与进步,实现南海深水油气安全、高效、自主、可控开发。

关键词：深水油气开采风险评估安全控制海洋环境浅层建井深水井控结构监测

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自升式平台桩靴周围土体冲刷机制及数值模拟

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 154-161页

作者：殷启帅龙洋马永奇薛倩玲杨进李俐中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 海南大学海洋科学与工程学院海口570228

为了评估自升式平台插桩后桩靴周围土体受波流-海流作用局部冲刷的安全性,基于计算流体动力学通过数值模拟建立波流作用下的桩靴周围土体局部冲刷的三维有限元数值模型,通过求解Navier-Stokes方程,准确模拟桩靴周围流场变化情况;基于现... 详细信息

为了评估自升式平台插桩后桩靴周围土体受波流-海流作用局部冲刷的安全性,基于计算流体动力学通过数值模拟建立波流作用下的桩靴周围土体局部冲刷的三维有限元数值模型,通过求解Navier-Stokes方程,准确模拟桩靴周围流场变化情况;基于现场作业场址参数和实际海况条件下建立适用于自升式平台桩靴周围土体局部冲刷的工程分析方法,将数值结果与试验结果进行对比;讨论自升式平台在不同入泥深度和作业周期下桩靴周围土体局部冲刷问题。结果表明:波流共同作用下自升式平台桩靴入泥深度对桩靴周围土体局部冲刷深度具有较大影响,当桩靴入泥深度越小时,桩靴周围越容易发生局部冲刷;基于桩靴不同入泥深度工况针对性地制定冲刷防护措施,降低桩靴周围土体局部冲刷深度,有效降低工程作业风险。

关键词：数值模拟自升式平台插桩冲刷机制

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不同腐蚀缺陷套管剩余强度预测方法研究

石油机械 2019年第7期47卷 122-127页

作者：徐国贤谢仁军吴怡殷启帅中海油研究总院有限责任公司中国石油大学(北京)

为预测在生产井套管腐蚀后的剩余强度,基于对套管表面腐蚀坑形状的规则化表征,采用有限元法建立了可模拟不同形状腐蚀缺陷的套管力学分析模型,用弹塑性理论进行腐蚀后套管剩余抗内压和抗外挤强度求解。以直径244.5 mm、P110钢级套管为例... 详细信息

为预测在生产井套管腐蚀后的剩余强度,基于对套管表面腐蚀坑形状的规则化表征,采用有限元法建立了可模拟不同形状腐蚀缺陷的套管力学分析模型,用弹塑性理论进行腐蚀后套管剩余抗内压和抗外挤强度求解。以直径244.5 mm、P110钢级套管为例,对圆球、椭球和矩体等3种形状、不同几何尺寸腐蚀坑的套管剩余强度进行规律性研究,给出了套管腐蚀后剩余强度预测流程,并成功应用于海外M油田在生产井。研究结果表明:腐蚀坑深度比是影响套管剩余强度的主要因素,随着腐蚀坑深度比的增加,套管剩余强度近似呈线性或6次多项式规律性下降趋势;当腐蚀坑投影面积相同时,矩体形坑腐蚀对套管剩余强度的影响最严重,椭球形腐蚀坑次之,圆球形腐蚀坑影响程度最低;对于相同的腐蚀形状及尺寸,腐蚀坑个数对套管剩余强度影响较小,但套管损坏或屈服的危险点增加。研究结果可为套管腐蚀后油气井的完整性及再利用评估提供有效手段。

关键词：套管腐蚀缺陷规则化表征剩余强度预测方法影响规律

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深水钻井水下井口稳定性研究进展

中国海上油气 2020年第4期32卷 124-130页

作者：杨进李文龙胡志强殷启帅李舒展中国石油大学石油工程教育部重点实验室北京102249 中国石化石油工程技术研究院北京100101

水下井口稳定性是影响深水浅层钻井作业安全的关键问题。总结了近年来国内外井口稳定性研究进展,主要分析了导管参数、土质性质、工程参数、环境载荷等因素对井口竖向、横向稳定性的影响,以及减少或避免出现井口稳定性问题而设计的水上... 详细信息

水下井口稳定性是影响深水浅层钻井作业安全的关键问题。总结了近年来国内外井口稳定性研究进展,主要分析了导管参数、土质性质、工程参数、环境载荷等因素对井口竖向、横向稳定性的影响,以及减少或避免出现井口稳定性问题而设计的水上防喷器系统、吸力桩井口基础装置、组合导管基础装置、导管承载力加强装置等特殊井口装置系统。本文研究成果可为我国深水钻井水下井口稳定性研究提供借鉴。

关键词：深水钻井水下井口井口稳定性

基于隔水管受力分析的深水钻井平台防台风措施优选

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石油钻采工艺 2015年第1期37卷 147-150页

作者：宋宇杨进何藜李佳殷启帅中国石油大学(北京)石油工程教育重点实验室北京102249

针对深水平台作业中遭遇台风平台需要优选紧急避航路线的问题,利用有限元分析方法建立了隔水管拖航过程的力学模型,简化波浪和海流作用,得到了软、硬悬挂隔水管长度与许用最大速度关系,制定了深水钻井平台3种防台措施,并给出平台与台风... 详细信息

针对深水平台作业中遭遇台风平台需要优选紧急避航路线的问题,利用有限元分析方法建立了隔水管拖航过程的力学模型,简化波浪和海流作用,得到了软、硬悬挂隔水管长度与许用最大速度关系,制定了深水钻井平台3种防台措施,并给出平台与台风最不利位置计算模型,以某浮式钻井平台紧急防台为例优选防台措施。力学分析表明:隔水管的最大应力和最大弯矩位置出现在近海面处;浮块数量增加,隔水管顶部最大转角会限制平台的最大航速;隔水管较短的情况硬悬挂方式有更快的航速,反之,软悬挂方式最大许用航速大。防台措施表明:根据最不利位置计算模型,可以快速计算出符合的防台位置和防台措施,根据安全和再作业等情况优选出最佳航行路线。

关键词：深水钻井隔水管受力分析台风预防

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基于支持向量机的钻井工况实时智能识别方法

石油钻探技术 2019年第5期47卷 28-33页

作者：孙挺赵颖杨进殷启帅汪文星陈缘中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

钻井时效分析通常是依靠人工进行事后分析,具有主观性和随意性,不能及时准确地反映真实的现场情况。为了实时准确地对钻井工况进行自动判别,提高钻井效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)的用数据驱动的钻井工况实时识别方法,建立了多个... 详细信息

钻井时效分析通常是依靠人工进行事后分析,具有主观性和随意性,不能及时准确地反映真实的现场情况。为了实时准确地对钻井工况进行自动判别,提高钻井效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)的用数据驱动的钻井工况实时识别方法,建立了多个智能识别模型,并对其中的核函数进行分析比较,得出了模型参数的最优值。采用4口井的录井数据验证了模型的准确性,识别结果与实际工况基本一致,6种工况的识别正确率均达到95%以上。钻井时效分析与应用表明,钻井过程中应用工况识别结果,减少了不可见非生产时间。支持向量机实现了钻井工况的实时智能识别,提高了钻井时效,符合油田数字化和智能化发展的要求。

关键词：工况识别支持向量机数据驱动时效分析

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多维度深水浅层建井方式优选方法研究

石油钻探技术 2024年第3期52卷 40-46页

作者：傅超杨进刘华清殷启帅王磊胡志强中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油集团海洋工程有限公司天津300451 中石化石油工程技术研究院有限公司北京102206

深水钻井作业具有海洋环境多变、地质条件复杂、作业风险大和日费率高等特点,深水浅层建井的方式难以选择。针对海底土质强度、建井质量、作业时效、经济性、风险控制等因素,根据现场作业工程数据,分别对不同建井工艺的适应性进行了分析... 详细信息

深水钻井作业具有海洋环境多变、地质条件复杂、作业风险大和日费率高等特点,深水浅层建井的方式难以选择。针对海底土质强度、建井质量、作业时效、经济性、风险控制等因素,根据现场作业工程数据,分别对不同建井工艺的适应性进行了分析,建立了单维度的适应性分级机制,并借助雷达图进行定量可视化,形成了多维度深水浅层建井方式优选方法。研究结果表明,水深500~1500 m的南海北部海域,单井作业时,喷射法一般为浅层建井最优方法,作业效率相比钻入法可提高50%以上。该方法已在中国南海几十口深水井取得良好应用效果,可为深水复杂地层建井方式选择提供定量评价方法。

关键词：浅层建井喷射法钻入法水下打桩法钻井风险表层导管定量优选

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控压钻井技术在海上超高温高压井中的应用

石油钻采工艺 2018年第6期40卷 699-705页

作者：黄熠杨进施山山罗鸣殷启帅徐东升中国石油大学(北京) 中海石油(中国)有限公司湛江分公司

南海莺琼盆地由于地质成因复杂,具有地层温度、压力高,压力台阶多、压力窗口窄的特点,导致该区域的钻完井作业常常会出现井涌、井漏甚至是涌漏同存复杂,造成该区域部分井的作业难点多、成本居高不下。而控压钻井能够精确控制井底当量密... 详细信息

南海莺琼盆地由于地质成因复杂,具有地层温度、压力高,压力台阶多、压力窗口窄的特点,导致该区域的钻完井作业常常会出现井涌、井漏甚至是涌漏同存复杂,造成该区域部分井的作业难点多、成本居高不下。而控压钻井能够精确控制井底当量密度,降低窄压力窗口井控、井漏风险,从而实现安全高效钻进,并且陆地高温高压控压钻井技术已在塔里木、四川等多个区块进行了应用,形成了一套成熟的技术体系。结合海上超高温高压X1井的实际情况,对海上超高温高压控压钻井从井底ECD、施工参数、应急井控3个方面进行作业设计分析。应用实践表明,该系统可通过控制回压的方式在海上高温高压井进行井筒动态承压试验、起钻、接单根作业,并可以精确监测井下溢流、井漏复杂,使得高温高压钻井风险降低、作业成本减少,为该系统在海上高温高压区块及深水高温高压区块的推广应用提供了借鉴。

关键词：海上超高温高压井窄压力窗口控压钻井作业设计应用实践

基于长短期记忆神经网络的深水钻井工况实时智能判别模型

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石油钻采工艺 2022年第1期44卷 97-104页

作者：殷启帅杨进曹博涵龙洋陈柯锦范梓伊贺馨悦中国石油大学(北京) 中国石化集团经济技术研究院有限公司浙江工业大学

深水钻井具有高投入、高风险等特点,其工况实时判别是提高钻井时效、减少复杂事故的基础和前提。传统深水钻井作业中,钻井工况主要通过基于编程方式的物理模型与经验模型进行判别,难以保证时效性和正确率。为此,创新性地将机器学习引入... 详细信息

深水钻井具有高投入、高风险等特点,其工况实时判别是提高钻井时效、减少复杂事故的基础和前提。传统深水钻井作业中,钻井工况主要通过基于编程方式的物理模型与经验模型进行判别,难以保证时效性和正确率。为此,创新性地将机器学习引入深水钻井工况判别全流程,考虑综合录井数据的长时间序列特征,基于长短期记忆神经网络建立了深水钻井工况实时智能判别机器学习模型。通过对29856140行深水综合录井数据预处理,选取钻头深度、井深、大钩高度、钻压、悬重、扭矩、转速、立管压力,共计8个综合录井参数作为输入特征,建立了20隐藏层×70节点的长短期记忆神经网络模型,实现了旋转钻进、滑动钻进、接单根、静止、循环、向下洗井、划眼、向上洗井、倒划眼、起钻、下钻及“其他”,共计12种常见深水钻井工况的实时智能判别,测试集上正确率高达94.09%,满足深水现场作业需求。该模型可实时智能地判别钻井工况,充分验证了长短期记忆神经网络用于钻井工况实时智能判别的可行性与时效性,为钻井时效分析和复杂事故预警提供了机器学习模型基础,并将进一步拓展机器学习在石油工程领域的应用范围。

关键词：深水钻井钻井工况判别综合录井数据机器学习模型长短期记忆神经网络