專利名稱：：一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種甲板可變載荷的設(shè)計方法，特別是關(guān)于一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：目前世界上能在深海進行鉆井作業(yè)的，只有鉆井船和半潛式鉆井平臺兩種移動式深海鉆井裝置。由于半潛式鉆井平臺具有適用水深范圍廣、環(huán)境適應性強、定位方式靈活和適合油氣開發(fā)的各個階段等特點，因此被廣泛應用于海洋油氣資源開發(fā)的鉆井及采油等作業(yè)。對于深水鉆井作業(yè)，隨著水深和井深的增加，作業(yè)區(qū)域離陸地越來越遠，深海海況、天氣等條件惡劣，供應船有可能長時間不能到達鉆井平臺，后勤供應困難。因此，新型深水半潛式鉆井平臺技術(shù)發(fā)展的趨勢之一就是要求鉆井平臺具有大的甲板可變載荷和儲存能力。甲板可變載荷是深水半潛式鉆井平臺的關(guān)鍵性能指標之一。為保證深水鉆井作業(yè)正常進行，不至于因為后勤供應不上而停工，要求新建鉆井平臺的甲板可變載荷至少能夠滿足一口深水井的作業(yè)需要。但在半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造過程中，甲板可變載荷卻沒有一個標準的設(shè)計方法，多數(shù)依靠類比、經(jīng)驗等估算。這就可能造成建造鉆井平臺的甲板可變載荷過大或過小過大造成資源浪費；過小則不能滿足深水鉆井作業(yè)的特殊要求，影響深水油氣田的開發(fā)，這兩者都會影響新建平臺的投資回報。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其中深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷采用如下公式設(shè)計VDL》Cl(Lm+Lr+Ldp+Lcs+Lt+Lce+Lba+Lbe+L0)(7)式中，Lm—鉆井液載荷；Lr一隔水管載荷；Ldp—鉆桿載荷；1^一套管載荷；Lt—油管載荷；Lee—水泥載荷；Lba—重晶石載荷；Lbe—土粉載荷；L。一其它載荷，各載荷的單位均為t;Cl一系數(shù)，11.5,根據(jù)各載荷的實際情況確定。所述鉆井液載荷Lm包括日用鉆井液用量和備用鉆井液用量兩部分，所述鉆井液載荷Lm計算公式如下-Lm=P(Va+Vr)(1)式中，P—鉆井液密度，g/cm3;Va—日用鉆井液體積，m3;Vr—備用鉆井液體積，m3;所述日用鉆井液體積Va包括套管的內(nèi)容積、井眼的內(nèi)容積、隔水管的內(nèi)容積和地面管匯內(nèi)容積，各段所述日用鉆井液體積Va可以用如下公式計算r,丄;rf)27/(2)4式中，D—井眼、套管、隔水管或管匯內(nèi)徑，m;H—井眼、套管、隔水管或管匯長度，m;所述備用鉆井液體積VJ十算公式如下V》l.5Va(3)所述水泥載荷L。e計算公式如下Lce=SWce(4)式中，S—水泥袋數(shù)；Wee—每袋水泥重量，t;所述水泥袋數(shù)S計算公式如下S=[V0(1+E)+VC+VP]/Y(5)式中，V。一環(huán)空裸眼部分容積，L;E—附加系數(shù)；Ve—套管與套管之間環(huán)形容積，L;Vp—管內(nèi)水泥塞容積，L;Y—水泥造槳率，L/sx。所述重晶石載荷Lba計算公式如下Lba》0.12V槳P2/(P2—P廣0.12)(6)式中，V漿一原鉆井液體積，m3;Pi—原鉆井液密度，g/cm3;P2—重晶石密度，g/cm30本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過對深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷中各分載荷的分析、計算，給出了一種設(shè)計甲板可變載荷的理論方法，可以比較簡單、準確地設(shè)計需要深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷大小，對深水半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造起到指導作用。2、本發(fā)明可以避免造成建造深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷過大或過小，從而既不會造成資源浪費，又能夠滿足深水鉆井作業(yè)的特殊要求，不影響深水油氣田的開發(fā)，使得新建深水半潛式鉆井平臺的投資與回報達到最優(yōu)化，因此本發(fā)明在實際應用中具有重大意義。3、本發(fā)明在設(shè)計深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的同時，可以對深水半潛式鉆井平臺的鉆井液池、重晶石罐、水泥罐和土粉罐等儲存空間的體積配置給出指導、建議，優(yōu)化深水半潛式鉆井平臺的總體布置。4、本發(fā)明還可以對依靠類比、經(jīng)驗等估算方法建造的深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷進行驗證和評價。綜上所述，本發(fā)明可以廣泛應用于深水半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造中。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細描述。1、深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的分載荷分析計算本發(fā)明確定的甲板可變載荷包括鉆井液、隔水管(包括防噴器組、隔水管下部總成等)、鉆桿、套管、油管、水泥、重晶石、土粉等分載荷。各分載荷的設(shè)計方法如下1)鉆井液載荷鉆井液載荷包括日用鉆井液用量和備用鉆井液用量兩部分，鉆井液載荷計算公式如下Lm=P(Va+Vr)(1)式中，Lm—鉆井液載荷，t;P—鉆井液密度，g/cm3;Va—日用鉆井液體積，m3;^—備用鉆井液體積，m3。日用鉆井液體積Va包括套管的內(nèi)容積、井眼的內(nèi)容積、隔水管的內(nèi)容積和地面管匯內(nèi)容積等。各段日用鉆井液體積Va可以用如下公式計算r,丄;r"2//(2)4式中，D—井眼、套管、隔水管或管匯內(nèi)徑，m;H—井眼、套管、隔水管或管匯長度，m。備用鉆井液體積Vr計算公式如下V》1.5Va(3)2)隔水管載荷隔水管載荷根據(jù)不同的水深和隔水管每米重量進行計算。3)鉆桿載荷鉆桿載荷根據(jù)井深和鉆桿公稱重量進行計算。4)套管載荷套管載荷根據(jù)不同井段下深和套管公稱重量進行計算。5)油管載荷油管載荷根據(jù)下深和油管公稱重量進行計算6)水泥載荷水泥載荷計算公式如下Lce=S.Wce(4)式中，Lee—水泥載荷，t;S—水泥袋數(shù)；Wee—每袋水泥重量，t。水泥袋數(shù)S計算公式如下S=[V。(l+E)+Ve+Vp]/Y(5)6式中，V。一環(huán)空裸眼部分容積，L;E—附加系數(shù)；Ve—套管與套管之間環(huán)形容積，L;Vp—管內(nèi)水泥塞容積，L;Y—水泥造漿率，L/sx。7)重晶石載荷重晶石的儲備應至少使整個鉆井液系統(tǒng)密度提高0.12g/cm3，因此重晶石載荷計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(6)式中，Lba—重晶石載荷，t;V—原鉆井液體積，m3;Pi—原鉆井液密度，g/cm3;p2—重晶石密度，g/cm3。8)土粉載荷由于隔水管段的土粉載荷已包含在鉆井液中，此部分只根據(jù)土粉含量，計算無隔水管段鉆井液中的消耗量。9)其它載荷其它載荷包括人員、袋裝品、測井設(shè)備和采油樹等載荷。由于其它載荷對甲板可變載荷的影響不大，因此如果前面各分載荷在計算過程中已經(jīng)比較保守，一般可以不予考慮；如果要使計算結(jié)果更加準確、保守，則可以考慮。2、深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計公式根據(jù)上面分析計算得出的各分載荷，把各分載荷相加，再考慮適當?shù)南禂?shù)，即得出深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計公式VDL>CL(Lm+Lr+Ldp+Lcs+Lt+Lce+Lba+Lbe+L。)(7)式中，VDL—甲板可變載荷，t;Lr一隔水管載荷(包括防噴器組、隔水管下部總成等)，t;Ldp—鉆桿載荷，t;Les—套管載荷，t;Lt一油管載荷，t;Lbe—土粉載荷，t;L。一其它載荷，t;Cl一系數(shù)，11.5，根據(jù)各分載荷的實際情況確定。下面通過一個具體的實施例，用以說明本發(fā)明的效果。已知某計劃建造的深水半潛式鉆井平臺，計劃最大作業(yè)水深3000ra，最大鉆井深度10000m。試設(shè)計其需要的甲板可變載荷大小。1、甲板可變載荷分載荷分析計算根據(jù)上述公式和條件，對甲板可變載荷包括的鉆井液、隔水管(包括防噴器組、隔水管下部總成等)、鉆桿、套管、油管、水泥、重晶石、土粉載荷等進行分析計算，鉆井液密度取1.32g/cm3(llppg)時，各項分載荷的計算結(jié)果如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2、根據(jù)各載荷的計算情況和公式(7)，系數(shù)Cl取1，暫不考慮其它載荷，則計劃建造平臺的甲板可變載荷計算如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>本發(fā)明給出的深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷設(shè)計方法，公式簡單，意義明確，為建造深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷設(shè)計提供了理論方法。本發(fā)明可以比較簡單、準確地確定深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷大小，對深水半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造起到指導作用。權(quán)利要求1.一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其中深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷采用如下公式設(shè)計VDL≥CL(Lm+Lr+Ldp+Lcs+Lt+Lce+Lba+Lbe+Lo)(7)式中，Lm—鉆井液載荷；Lr—隔水管載荷；Ldp—鉆桿載荷；Lcs—套管載荷；Lt—油管載荷；Lce—水泥載荷；Lba—重晶石載荷；Lbe—土粉載荷；Lo—其它載荷，各載荷的單位均為t；CL—系數(shù)，1～1.5，根據(jù)各載荷的實際情況確定。2、如權(quán)利要求1所述的一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其特征在于所述鉆井液載荷Lm包括日用鉆井液用量和備用鉆井液用量兩部分，所述鉆井液載荷Lm計算公式如下Lm=P(Va+Vr)(1)式中，P—鉆井液密度，g/cm3;Va—日用鉆井液體積，m3;備用鉆井液體積，m3;所述日用鉆井液體積Va包括套管的內(nèi)容積、井眼的內(nèi)容積、隔水管的內(nèi)容積和地面管匯內(nèi)容積，各段所述日用鉆井液體積Va可以用如下公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，D—井眼、套管、隔水管或管匯內(nèi)徑，m;H—井眼、套管、隔水管或管匯長度，m;所述備用鉆井液體積VJ十算公式如下Vr》l.5Va(3)。3、如權(quán)利要求1或2所述的一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其特征在于所述水泥載荷Lee計算公式如下Lce=SWce(4)式中，S—水泥袋數(shù)；Wee—每袋水泥重量，t;所述水泥袋數(shù)S計算公式如下S=[V。(l+E)+Ve+Vp]/Y(5)式中，V。一環(huán)空裸眼部分容積，L;E—附加系數(shù)；Vc—套管與套管之間環(huán)形容積，L;Vp—管內(nèi)水泥塞容積，L;Y—水泥造漿率，L/sx。4、如權(quán)利要求1或2所述的一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其特征在于所述重晶石載荷Lba計算公式如下Lba》0.12VP2/(P2—P廣0.12)(6)式中，V漿一原鉆井液體積，m3;P!—原鉆井液密度，g/cm3;P2—重晶石密度，g/cm3。5、如權(quán)利要求3所述的一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其特征在于所述重晶石載荷Lba計算公式如下Lba》0.12V豕P2/(P2—P廣0.12)(6)式中，V漿一原鉆井液體積，m3;P,—原鉆井液密度，g/cm3;P2—重晶石密度，g/cm3。全文摘要本發(fā)明涉及一種深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計方法，其首先根據(jù)深水半潛式鉆井平臺的最大作業(yè)水深和最大鉆井深度，對鉆井液載荷L<sub>m</sub>、隔水管載荷L<sub>r</sub>、鉆桿載荷L<sub>dp</sub>、套管載荷L<sub>cs</sub>、油管載荷L<sub>t</sub>、水泥載荷L<sub>ce</sub>、重晶石載荷L<sub>ba</sub>、土粉載荷L<sub>be</sub>等分載荷進行分析計算；然后根據(jù)分析計算得出的各分載荷，把各分載荷相加，再考慮適當?shù)南禂?shù)，即得出深水半潛式鉆井平臺甲板可變載荷的設(shè)計公式VDL≥C<sub>L</sub>(L<sub>m</sub>+L<sub>r</sub>+L<sub>dp</sub>+L<sub>cs</sub>+L<sub>t</sub>+L<sub>ce</sub>+L<sub>ba</sub>+L<sub>be</sub>+L<sub>o</sub>)。本發(fā)明可以比較簡單、準確地設(shè)計需要深水半潛式鉆井平臺的甲板可變載荷大小，對深水半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造起到指導作用，使得新建深水半潛式鉆井平臺的投資與回報達到最優(yōu)化。本發(fā)明可以廣泛應用于深水半潛式鉆井平臺的設(shè)計和建造中。文檔編號E02B17/00GK101368382SQ20081022392公開日2009年2月18日申請日期2008年10月9日優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日發(fā)明者付英軍,科劉,偉姜,曾恒一,蔣世全,彬謝申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心