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南海北部陆坡浅水流评估及深水钻井防治措施

中国石油大学学报（自然科学版） 2017年第4期41卷 99-106页

作者：任韶然宫智武张亮李海奎韩波任建华章杨中国石油大学石油工程学院山东青岛266580 渤海钻探第五钻井工程分公司河北河间062450 中国石油化工股份有限公司华东油气分公司勘探开发研究院江苏南京210011 大港油田采油工艺研究院天津300280

深水钻井中浅水流喷发会对钻井安全产生很大影响。基于浅水流形成条件和南海北部陆坡古地质环境,分析目标海域浅水流的潜在风险。根据水流喷出速率,量化浅水流危害等级,并建立能够模拟浅水流上喷或喷出的数值模拟模型,分析典型工况下浅... 详细信息

深水钻井中浅水流喷发会对钻井安全产生很大影响。基于浅水流形成条件和南海北部陆坡古地质环境,分析目标海域浅水流的潜在风险。根据水流喷出速率,量化浅水流危害等级,并建立能够模拟浅水流上喷或喷出的数值模拟模型,分析典型工况下浅水流层压力、规模、孔渗条件及钻速对其喷出过程的影响。结果表明:南海北部陆坡存在浅水流形成的古地质条件,但浅水流规模较小,压力系数较低,钻进中发生严重浅水流危害的概率较低;浅水流喷发具有"压力-水瞬间高速释放"的特征;采用低密度海水钻井液钻进,钻遇压力系数为1.15的浅水流层,钻井液停止循环后水流喷出速率和喷出量可达70 m^3/h和60 m^3;浅水流喷发主要受其压力和规模控制。针对目标海域浅水流特征及控制因素,提出了控制浅水流危害的措施。

关键词：深水钻井浅水流定量评估数值模拟灾害控制

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一维浅水流动的一种大时间步长数值格式

水利学报 2012年第S2期43卷 41-47页

作者：许仁义钟德钰吴保生水沙科学与水利水电工程国家重点实验室清华大学水利水电工程系北京100084

针对一维浅水方程提出了一种大时间步长格式(LTS),使用这种大时间步长格式可以获得较高的分辨率和计算效率。这种格式最初是由LeVeque提出来的,最近被用于空气动力学的欧拉方程组。在本格式中,传统的近似黎曼求解器被替换成精确黎曼求... 详细信息

针对一维浅水方程提出了一种大时间步长格式(LTS),使用这种大时间步长格式可以获得较高的分辨率和计算效率。这种格式最初是由LeVeque提出来的,最近被用于空气动力学的欧拉方程组。在本格式中,传统的近似黎曼求解器被替换成精确黎曼求解器与行波法相结合。当CFL数小于1时,稀疏波采用单波近似就取得了很高的分辨率,但是当CFL数大于1,必须采用两波近似才能保证计算结果是正确的。相比于本格式在空气动力学中的应用,这里采用了更加简化的方法。在空气动力学中,通过等熵流条件来获得稀疏波近似状态变量的值,而在本格式中直接采用波头与波尾的平均。结果证明,采用这种简化对结果没有影响。当CFL数大于10的时候必须对波相撞进行处理以保证结果正确,但是仍然有振荡存在。当CFL数大于15时结果就失真了。通过比较,CFL数在5以下本格式能取得较高的分辨率和计算效率,大于5时,振荡会越来越大,计算效率提高也有限。

关键词：大时间步长浅水流黎曼求解器行波法 CFL数

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深水浅层浅水流灾害风险评价与防灾方法研究

石油科学通报 2021年第3期6卷 451-464页

作者：申屠俊杰林伯韬陆吉中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油大学(北京)人工智能学院北京102249

随着全球能源需求日益增加,海洋油气资源,尤其是深水资源成为了新一轮的勘探开发热点。深水油气资源具有储量高、潜力大、探明率低的特点,但同时也伴随着浅层地质灾害等陆上钻井不曾面临的问题。浅水流灾害是一种频繁的浅层地质灾害,其... 详细信息

随着全球能源需求日益增加,海洋油气资源,尤其是深水资源成为了新一轮的勘探开发热点。深水油气资源具有储量高、潜力大、探明率低的特点,但同时也伴随着浅层地质灾害等陆上钻井不曾面临的问题。浅水流灾害是一种频繁的浅层地质灾害,其实质为深水浅层发育的超压砂体,主要由地层中快速沉积和不平衡压实作用形成。浅水流灾害破坏力大、分布区域广,对井壁、套管、井口等均有影响,严重破坏井筒完整性。本文首先阐述浅水流灾害的概念、危害及主要成因,其次总结了浅水流的识别预测技术、风险评价方法及相关防控措施,最后提出了风险评价及综合防灾方法。浅水流的识别与预测方法主要有测井法和反射地震法两种,其中反射地震法是最常用的方法,主要通过V_(p)/V_(s)值的异常变化实现浅水流超压砂体的识别。目前,浅水流灾害的风险评价工作侧重于钻前预测,以定性判断为主,缺乏定量分析,但近年来涌现的实验及数值模拟研究正不断填补这块空白。浅水流的预防和控制作业主要包括井控措施和工作液体系优化。本文综合了现阶段浅水流灾害的风险预测及评价工作,提出一套新的风险评价体系,并将风险评价体系与防灾措施相结合,形成动态防灾方法。该防灾方法可合理规划浅水流区域钻井作业施工,并将风险评价方案与应对机制有机结合,并且可在作业过程中不断优化方案,从而提高钻井作业的灵活性和防灾能力。最后,本文展望了浅水流灾害防灾工作的发展趋势,认为浅水流流动破坏机制的基础研究、地球物理识别技术的发展及人工智能技术的应用将是今后的研究热点和重点。

关键词：地质灾害浅水流防灾方法风险评价机器学习

深水钻井中浅水流灾害问题及其地球物理识别技术

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海洋通报 2007年第1期26卷 114-120页

作者：董冬冬赵汗青吴时国伍向阳中国科学院海洋研究所中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

在深水钻井中,浅水流是一种常见的地质灾害。中国正在进行深水油气勘探,十分有必要开展这方面的地质灾害研究。介绍了浅水流的形成机制及地球物理特性。目前用于识别和预测浅水流的手段有测井和反射地震两大类方法。主要介绍了几种用于... 详细信息

在深水钻井中,浅水流是一种常见的地质灾害。中国正在进行深水油气勘探,十分有必要开展这方面的地质灾害研究。介绍了浅水流的形成机制及地球物理特性。目前用于识别和预测浅水流的手段有测井和反射地震两大类方法。主要介绍了几种用于参数提取的地震反演方法,如传统Dix反演、叠后振幅反演、层析反演、叠前振幅反演等。

关键词：浅水流异常高压 VpNs 测井方法地震反演深水油气

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深水钻井浅水流地层井眼坍塌影响因素分析

石油钻探技术 2019年第2期47卷 34-41页

作者：孙金吴时国邓金根王吉亮中国科学院深海科学与工程研究所海南三亚572000 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266061 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

为了定量评价和防治浅水流对深水钻井的危害,进行了浅水流地层井眼坍塌影响因素分析.基于流固耦合理论建立了浅水流地层井眼稳定理论模型,并分别根据Mohr-Coulomb准则和最大拉应力准则判断砂体的剪切和拉伸破坏,分析了各因素对井周最大... 详细信息

为了定量评价和防治浅水流对深水钻井的危害,进行了浅水流地层井眼坍塌影响因素分析.基于流固耦合理论建立了浅水流地层井眼稳定理论模型,并分别根据Mohr-Coulomb准则和最大拉应力准则判断砂体的剪切和拉伸破坏,分析了各因素对井周最大破坏半径及砂体临界超压的影响.计算分析发现:超压将导致浅水流地层发生破坏,随着超压增大,其最大破坏半径随之快速增至大;水平有效地应力与垂直有效地应力的比值(K0)越大,砂体埋深越大,浅水流地层越不容易发生破坏;砂体内摩擦角越大,砂体越稳定;井周最大破坏半径随着钻井液密度升高呈线性递减;浅水流地层存在临界超压,砂体埋深、强度和K0越大,临界超压越大.研究结果表明,浅水流地层井眼坍塌的风险较大,井周破坏程度与超压、地应力、砂体埋深、钻井液密度和内摩擦角等因素有关,当砂体中的超压超过临界值时,整个砂体都将处于不稳定状态,而提高钻井液密度有利于浅水流地层的稳定.

关键词：深水钻井浅水流超压流固耦合井眼坍塌井周破坏临界超压

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深水钻井中浅水流致灾机理及防控方法研究

深水钻井中浅水流致灾机理及防控方法研究

作者：宫智武中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

墨西哥湾、北海等深水海域钻井经验表明,浅水流等深水浅层地质灾害严重影响深水钻井安全,中国南海深水钻井过程中也极可能钻遇浅水流危害。在对目标海区浅水流识别和表征的基础上,认识钻井过程中浅水流的流动机理与控制因素及其对钻井... 详细信息

墨西哥湾、北海等深水海域钻井经验表明,浅水流等深水浅层地质灾害严重影响深水钻井安全,中国南海深水钻井过程中也极可能钻遇浅水流危害。在对目标海区浅水流识别和表征的基础上,认识钻井过程中浅水流的流动机理与控制因素及其对钻井安全的影响,研究控制浅水流危害的有效措施,对南海深水油气开发具有重要意义。本文详细描述了浅水流危害对于深水钻井安全的影响。运用油藏数值模拟的方法,在目标海域浅水流描述的基础上,建立了目标海域典型浅水流层地质模型和深水钻井中浅水流喷发数学模型,模拟了典型钻井工况下浅水流层水体和砂体的喷出过程,并研究了浅水流层超压系数、规模、孔隙度和渗透率以及钻进速度对于浅水流喷发的定量影响。基于深水浅层水合物层基本特征,建立了深部钻进过程中水合物层导热模型、水合物热分解动力学模型以及水合物分解局部超压演变模型,计算了典型钻井工况下典型浅层水合物层分解及其引起的井筒周围局部超压的演变过程,同时分析了钻井液循环温度和水合物饱和度对于水合物分解和超压演变过程的影响。最后,总结提出了深水钻井过程中预防和控制浅水流危害的综合措施。研究结果表明,深水钻井中钻遇浅水流层,水体和砂体将在地层超压作用下迅速涌入井筒,累积喷水量和累积喷砂量将持续升高。当以40m/h的钻进速度钻穿位于水深1500m海底泥线以下500m处的面积为3600m~2、厚度为100m、孔隙度为0.4、渗透率为3μm~2、地层压力为24.3MPa的浅水流层时,累积喷水量和累积喷砂量将分别高达100m~3和1m~3。浅水流层压力系数对于其危害具有重要影响,超压系数增加10%,将导致钻穿浅水流层时累积喷水量增加90%,累积喷砂量增加150%。浅水流层孔渗条件对其危害也有重要影响,浅水流层孔隙度增加10%,渗透率增加20%时,将导致累积喷水量和累积喷砂量增加14%。相比之下,钻穿浅水流层过程中浅水流层规模对于其危害的影响较小,但浅水流规模的影响将随着时间的推移逐渐增加。提高钻进速度有利于降低喷水量和喷砂量,是深水钻井中控制浅水流喷发的有效措施之一。钻进速度提高10%,将使累积喷水量降低4%,累积喷砂量降低3%。深部钻进过程中浅层水合物层导热速率很低,典型工况下,钻井液深部循环9天后仅井筒周围1.5m范围内的水合物发生分解。深部钻进和生产过程中水合物持续分解产生气体和水,形成局部超压浅水流和浅层气。钻井和生产过程中应实时监测井筒周围超压状态,以及时采取措施控制潜在风险。深部钻进过程中水合物分解引起的局部超压随着钻井液循环温度和水合物饱和度的升高而增加。钻井液有效循环温度升高100%,将使局部超压升高10%;水合物饱和度增加100%,将使局部超压升高130%。在深部钻进过程中,水合物饱和度对于水合物分解和局部超压演变的影响远大于钻井液循环温度。

关键词：深水钻井浅水流水合物分解数值模拟危害防控

南海北部深水盆地浅水流的地球物理识别特征及成因机制

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南海北部深水盆地浅水流的地球物理识别特征及成因机制

作者：谢杨冰中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

学位级别：硕士

南海北部深水盆地油气资源已成为我国油气勘探开发的一大热点。然而,深水地质灾害问题是影响深水油气勘探开发的重要因素,如浅水流、浅层气、海底滑坡、天然气水合物分解等。浅水流灾害是深水油气钻井中常见的深水地质灾害,在钻井过程... 详细信息

南海北部深水盆地油气资源已成为我国油气勘探开发的一大热点。然而,深水地质灾害问题是影响深水油气勘探开发的重要因素,如浅水流、浅层气、海底滑坡、天然气水合物分解等。浅水流灾害是深水油气钻井中常见的深水地质灾害,在钻井过程中遇到会出现井漏、井喷,甚至引发平台不稳定至坍塌。因此,预测和避开深水油气开发过程中的地质灾害势在必行。论文选取南海深水盆地ODP184航次1144、1146、1148站位与IODP349航次U1431、U1432、U1433、U1435站位与X1钻井的测井数据,结合地震资料开展南海北部深水盆地的超压和浅水流地球物理识别和成因机制研究。为获取可靠的预测超压结果,研究了南海深水盆地正常压实沉积物的影响因素。分析南海深水盆地沉积物正常压实系数与沉积物组分、沉积速率、沉积物埋深等多个影响因素的关系,揭示南海深水盆地不同深度沉积物正常压实系数与初始孔隙度的变化规律。利用分析后可靠的拟合后正常压实系数进行钻井超压计算预测,分析南海北部深水盆地的超压地球物理特征和成因机制。通过超压的预测与分析进一步进行南海北部深水盆地超压浅水流砂体的预测,结合超压浅水流砂体所在地震剖面资料,分析浅水流砂体的地球物理属性识别方法。根据区域地质背景、钻井资料与地震资料解释,分析南海北部深水盆地浅水流砂体的成因机理。并提出了对浅水流这一深水钻井浅层地质灾害的预测预防方法。

关键词：正常压实超压浅水流南海北部深水盆地

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浅水流中涌潮的形成

水动力学研究与进展 1988年第4期 63-69页

作者：林炳尧浙江省河口海岸研究所

从一维浅水流基本方程出发,推导了小扰动在传播过程中量值变化规律的解(3.7);得到同族特征线交点的一般形式的积分方程(4.4),给出了几个解析形式的特解,利用这几个特解,讨论了涌潮产生的原因、条件及摩阻断面几何形态等因素对涌潮形成... 详细信息

从一维浅水流基本方程出发,推导了小扰动在传播过程中量值变化规律的解(3.7);得到同族特征线交点的一般形式的积分方程(4.4),给出了几个解析形式的特解,利用这几个特解,讨论了涌潮产生的原因、条件及摩阻断面几何形态等因素对涌潮形成的影响。

关键词：涌潮浅水流地点方程摩阻比传播过程

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不同资料完整度条件下的浅水流预测方法研究

资源信息与工程 2018年第6期33卷 50-53页

作者：王欢欢杨进刘正礼田波孟令雨徐佳俊洪佳瑶徐东升中国石油大学海洋工程研究院北京102249 中海石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳518000

在深水钻井中,一旦钻遇浅水流极易出现井漏甚至井喷等重大事故。因此,在钻前对钻井事故发生做出提前判断,降低钻井风险显得尤为重要。本文对浅水流及其预测方法进行了概述,根据不同地质资料完整度条件,研究具有针对性的预测方法和流程... 详细信息

在深水钻井中,一旦钻遇浅水流极易出现井漏甚至井喷等重大事故。因此,在钻前对钻井事故发生做出提前判断,降低钻井风险显得尤为重要。本文对浅水流及其预测方法进行了概述,根据不同地质资料完整度条件,研究具有针对性的预测方法和流程。深水预测资料主要包括:浅层高精度地震剖面、地震资料、测井资料及邻井资料。通过多种资料的结合,提高预测精度,制定合理的深水钻井防治浅水流措施,提高深水钻井作业的安全性。

关键词：浅水流资料完整度深水钻井风险预测