深水石油钻井技术现状及发展趋势
文章编号:1000-7393(2008)02-0010-04
深水石油钻井技术现状及发展趋势3
杨 进1 曹式敬2
(1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京 102249; 2.中国海洋油田服务股份有限公司钻井事业部,北京 101149)
摘要:随着世界深水油气资源不断发现,近几年来深水钻探工作量越来越大。随着水深的增加和复杂的海况环境条件,对钻井工程提出了更高的挑战,钻井技术的难度越来越大。从目前国内外深水钻井实践出发,对深水的钻井设备、定位系统、井身结构设计、双梯度钻井技术、喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、钻井液和固井工艺技术和钻井隔水管及防喷器系统等关键技术进行了阐述,对深水的钻井设计和施工进一步向深水钻井领域发展具有重要导向作用。
关键词:深水钻井;钻井设备;关键技术
中图分类号:TE21;TE24 文献标识码:A
Curren t situa ti on and develop i n g trend of petroleu m dr illi n g technolog i es i n deep wa ter
Y ANG Jin1,CAO Shijing2
(1.MO E Key Laboratory of Petroleum Engineering in China U niversity of Petroleum,B eijing102249,China;
2.D rilling D epart m ent of China O ffshore O ilfield Services L i m ited,CNOOC,B eijing101149,China)
Abstract:A s more and more oil and gas res ources are discovered in deepwater world wide,the deep water drilling has become more and more in recent years.It requires more on drilling engineering and drilling technol ogies due t o the increased water dep th and comp licated marine conditi ons.Based on the p ractice in deep water drilling both at home and abr oad,s ome key technol ogies are dis2 cussed in this paper,including the drilling equi pment,the positi oning syste m,the casing p r ogra m design,the dual-gradient drilling technol ogy,the technol ogy of jetting and l ower circuit,the dyna m ic killing and drilling technol ogy,the technol ogy of annulus p ressure detecti on while drilling,the technol ogy of drilling fluid and ce menting,the drilling raiser technol ogy,and the bl owout p reventer sys2 te m.A ll the technol ogies p lay an i m portant r ole in enabling drilling design and constructi on t o expand int o deep water.
Key words:deep water drilling;drilling equi pment;key technol ogy
全世界未发现的海上油气储量有90%潜伏在水深超过1000m以下的地层,所以深水钻井技术水平关系着深海油气勘探开发的步伐。对于海洋深水钻井工程而言,钻井环境条件随水深的增加变得更加复杂,容易出现常规的钻井工程难以克服的技术难题,因此深水钻井技术的发展是影响未来石油发展的重要因素。
1 国内外深水油气勘探形势
全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400×108t,探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548×108 t,待发现天然气资源量7815×1012m3,分别占世界待发现资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景良好,为今后世界油气勘探开发的重要领域。
随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。目前,大于500m为深水,大于1500m则为超深水。据估计,世界海上44%的油气资源位于300m以下的水域,其中,墨西哥湾深水油气资源量高达(400～500)×108桶油当量,约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上,
第30卷第2期 石油钻采工艺 Vol.30No.2 2008年4月 O I L DR I L L I N G&PRODUCTI O N TECHNOLOGY Ap r.2008
3作者简介:杨进,1966年生。1989年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,现从事油气钻井工程研究工作,教授,本刊编委。电话:010 -89733204。
而巴西东部海域深水油气比例高达90%左右。
20世纪90年代以来,由于发现油气田储量大,产量高,深水油气倍受跨国石油公司青睐,发展迅速。据估计,近年来,深水油气勘探开发投资年均增长30.4%,2004年增加到220亿美元。1999年作业水深已达2000m,2002年达3000m。90年代以来,全球获近百个深水油气发现,其中亿吨级储量规模的超过30%。2000年,深水油气储量占海洋油气储量的12.3%,比10年前增长约8%。2004年,全球海洋油气勘探获20个重大深水发现(储量大于110×108桶)。1998-2002年有68个深水项目,约15×108t油当量投产;2003-2005年则增至144个深水项目,约4216×108t油当量投产,2004年深水石油产量210×108t,约占世界石油产量的5%。
2 目前深水油气开发模式
深水油气开发设施与浅水油气开发设施不同,其结构大多从固定式转换成浮式,因此开发方式和方法也发生了变化。国外深水油气开发中常用的工程设施有张力腿(T LP)平台、半潜式(SE M I O FPS)平台、深吃水立柱式(SP AR)平台、浮式生产储油装置(FPS O)以及它们的组合。
3 深水钻井关键技术
3.1 深水钻井设备
适用于深水钻井的主要是半潜式钻井平台和钻井船2种浮式钻井装置。
3.1.1 深水钻井船 钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种。其移动灵活,停泊简单,适用水深范围大,特别适于深海水域的钻井作业。钻井船主要由船体和定位设备2部分组成。船体用于安装钻井和航行动力设备,并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、减摇设备、自动动力定位系统等多种措施来保持船体定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法,可直接采用推进器及时调整船位。全球现有38艘钻井船,其中额定作业水深超过500m的深水钻井船有33艘,占总数的87%。在这33艘深水钻井船中,有26艘正在钻井,有5艘正在升级改造。在现有的深水钻井船中,20世纪70年代建造的有10艘,80年代和90年代建造的各有7艘,其余9艘是2000-2001年建造的。其中2000年建成的钻井船最多,有8艘;其次是1999年,有4艘。目前在建的7艘钻井船中,均是为3000多米水深建造的,2007年将建成1艘,2008年和2009年将各建成3艘。
钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。2006年7月初,正在钻井的26艘深水钻井船分布在8个国家。其中巴西8艘,占1/3;其次是美国,有6艘;安哥拉、印度和尼日利亚分别有4艘、3艘和2艘;中国、马来西亚和挪威各1艘。3.1.2 半潜式钻井平台 半潜式钻井平台上部为工作甲板,下部为2个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、支持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,到本世纪初,工作水深可达3000m,同时勘探深度也相应提高到9000～12000m。据R igz one网站截至2006年7月初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。在这103座深水半潜式钻井平台中,有89座正在钻井,有11座正在升级改造。其中31座是20世纪70年代建造的,最长的已经服役30多年;40座是20世纪80年代建造的;13座是90年代建造的;19座是2000-2005年建造的。此外,还有24座深水半潜式钻井平台正在建造。
深水半潜式钻井平台主要活跃在美国墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚和墨西哥海域。2006年7月初,处于钻井中的89座深水半潜式钻井平台分布在18个国家,其中美国最多,24座,占总数的27%;巴西17座,挪威10座,英国6座,澳大利亚、墨西哥和尼日利亚各5座,其余国家各有1～3座。
3.2 深水定位系统
半潜式钻井平台、钻井船等浮式钻井装置在海中处于飘浮状态,受风、浪、流的影响会发生纵摇、横摇运动,必须采用可靠的方法对其进行定位。
动力定位是深水钻井船的主流方式。在现有的深水钻井船中,只有6艘采用常规锚链定位(额定作业水深不足1000m),其余27艘都采用动力定位(额定作业水深超过1000m)。1000m以上水深的钻井船采用的都是动力定位,在建的钻井船全部采用动力定位。
动力定位系统一般采用DGPS定位和声纳定位2种系统。声纳定位系统的优点:(1)精确度高(1%～2%)、水深(最大适用水深为2500m);(2)信号无线传输(不需要电缆);(3)基本不受天气条
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杨 进等:深水石油钻井技术现状及发展趋势
件的影响(GPS系统受天气条件的影响);(4)独立,不需要依靠其他系统提供的信号。声纳定位系统的缺点:(1)易受噪声的影响,如环境噪声、推进器噪声、测试MWD等;(2)折射和阴影区;(3)信号传输时间;(4)易受其他声纳系统的干扰,如多条船在同一地方工作的情况。
3.3 大位移井和分支水平井钻井技术
海上钻井新技术发展较快,主要包括大位移井、长距离水平钻井及分支水平井钻井技术。这些先进技术在装备方面主要包括可控马达及与之配套的近钻头定向地层传感器。在钻头向地层钻进时,近钻头传感器可及时检测井斜与地层性质,从而使司钻能够在维持最佳井眼轨迹方面及时做出决定。
由于水平井产量高,所以在国外海上油气田的开发中已经得到了广泛的应用。目前,国外单井总水平位移最大已经达11000m。分支水平井钻井技术是国际上海洋油气田开发广泛使用的技术,近年来发展很快。利用分支井主要是为了适应海上需要,减少开发油藏所需平台数量及平台尺寸(有时平台成本占开发成本一半还多)。具体做法是从一个平台(基础)钻一口主干井,然后从主干井上急剧拐弯钻一些分支井,以期控制较大的泄油面积,或者钻达多个油气层。
3.4 深水双梯度钻井技术
与陆地和浅海钻井相比,深海钻井环境更复杂,容易出现常规钻井装备和方法难以克服的技术难题:锚泊钻机本身必须承受锚泊系统的重量,给钻机稳定性增加了难度;隔水管除了承受自身重量,还承受严重的机械载荷,防止隔水管脱扣是一个关键问题;地层孔隙压力和破裂压力之间安全钻井液密度窗口窄,很难控制钻井液密度安全钻过地层;海底泥线处高压、低温环境影响钻井液性能产生特殊的难题;海底的不稳定性、浅层水流动、天然气水合物可能引起的钻井风险等。国外20世纪60年代提出并在90年代得到大力发展的双梯度钻井(DualGradi2 ent D rilling,简称DG D)技术很好地解决了这些问题。双梯度钻井技术的主要思想是:隔水管内充满海水(或不使用隔水管),采用海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井液;或在隔水管中注入低密度介质(空心微球、低密度流体、气体),降低隔水管环空内返回流体的密度,使之与海水相当,在整个钻井液返回回路中保持双密度钻井液体系,有效控制井眼环空压力、井底压力,克服深水钻井中遇到的问题,实现安全、经济的钻井。
3.5 喷射下导管技术
海上浅水区的表层套管作业通常采用钻孔、下套管然后固井的作业方式。在深水区,由于海底浅部地层比较松软,常规的钻孔/下套管/固井方式常常比较困难,作业时间较长,对于日费高昂的深水钻井作业显然不合适。目前国外深水导管钻井作业通常采用“Jetting in”的方式。常规做法是在导管柱( 914.4mm或 762mm)内下入钻具,利用导管柱和钻具(钻铤)的重量,边开泵冲洗边下入导管。3.6 动态压井钻井技术(D KD)
DK D(Dyna m ic kill D rilling)技术是深水表层建井工艺中的关键技术。该技术是一种在未建立正常循环的深水浅层井段,以压井方式控制深水钻井作业中的浅层气井涌及浅层水涌动等复杂情况的钻井技术。其工作原理与固井作业中的自动混浆原理相似,它是根据作业需要,可随时将预先配好的高密度压井液与正常钻进时的低密度钻井液,通过一台可自动控制密度的混浆装置,自动调解到所需密度的钻井液,可直接供泥浆泵向井内连续不断地泵送。在钻进作业期间,只要P WD和ROV监测到井下有地层异常高压,就可通过人为输入工作指令,该装置立即就可泵送出所需要的高密度钻井液,不需要循环和等待配制高密度钻井液,真正意义上地实现边作业边加重的动态压井钻井作业。
3.7 随钻环空压力监测(AP WD)
由于深水海域的特殊性,与浅水和陆地钻井相比,部分的上覆岩层被水代替,相同井深上覆岩层压力降低,使得地层孔隙压力和破裂压力之间的压力窗口变得很窄,随着水深的增加,钻井越来越困难。据统计,在墨西哥湾深水钻井中,出现的一系列问题,如井控事故、大量漏失、卡钻等都与环空压力监测有关。随钻环空压力测量原理是主要靠压力传感器进行环空压力测量,可实时监测井下压力参数的变化。它可以向工程师发出环空压力增加的危险报警,在不破坏地层的情况下,提供预防措施使井眼保持清洁。主要应用于实时井涌监测和ECD监控、井眼净化状况监控、钻井液性能调整等,是深水钻井作业过程中不可缺少的数据采集工具。
3.8 随钻测井技术(LWD/MWD/S WD)
深水测井技术主要是指钻井作业过程中的有关井筒及地层参数测量技术,包括LWD、MWD和S WD测井技术。
21石油钻采工艺 2008年4月(第30卷)第2期
由于深水钻井作业受到高作业风险及昂贵的钻机日租费的影响,迫使作业者对钻井测量技术提出了多参数、高采集频率和精度及至少同时采用2套不同数据采集方式的现场实时数据采集和测量系统,并且具有专家智能分析判断功能的高标准要求。
目前最常用的定向测量方式是MWD数据测量方式,这种方式通常只能测量井眼轨迹的有关参数,如井斜角、方位角、工具面。L WD是在MWD基础上发展起来的具有地层数据采集的随钻测量系统,较常规的MWD增加了用于地层评价的电阻率、自然伽马、中子密度等地层参数。具有地质导向功能的L WD系统可通过近钻头伽马射线确定井眼上下2侧的地层岩性变化情况,以判断井眼轨迹在储层中的相对位置;利用近钻头电阻率确定钻头处地层的岩性及地层流体特性以及利用近钻头井斜参数预测井眼轨迹的发展趋势,以便及时做出调整,避免钻入底水、顶部盖层或断裂带地层。
随钻地震(S WD)技术是在传统的地面地震勘探方法和现有的垂直地震剖面(VSP———Vertical Seis m ic Pr ofiling)的基础上结合钻井工程发展起来的一项交叉学科的新技术。其原理是利用钻进过程中旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的顶部、井眼附近的海床埋置检波器,分别接收经钻杆、地层传输的钻头振动的信号。利用互相关技术将钻杆信号和地面检波器信号进行互相关处理,得到逆VSP的井眼地震波信息。也就是说,在牙轮钻头连续钻进过程中,能够连续采集得到直达波和反射波信息。
3.9 深水钻井液和固井工艺
随着水深度的加大,钻井环境的温度也将越来越低,温度降低将会给钻井以及采油作业带来很多问题。比如说在低温情况下,钻井液的流变性会发生较大变化,具体表现在黏、切力大幅度上升,而且还可能出现显著的胶凝现象,再有就是增加形成天然气水合物的可能性。目前主要是在管汇外加绝缘层。这样可以在停止生产期间保持生产设备的热度,从而防止因温度降低而形成水合物。
表层套管固井是深水固井的难点和关键点。海底的低温影响是最主要的因素。另外由于低的破裂压力梯度,常常要求使用低密度水泥浆。深水钻井的昂贵日费又要求水泥浆能在较短的时间内具有较高的强度。
3.10 深水钻井隔水管及防喷器系统
深水钻井的隔水管主要指从海底防喷器到月池一段的管柱,主要功能是隔离海水、引导钻具、循环钻井液、起下海底防喷器组、系附压井、放喷、增压管线等作用。在深水钻井当中,隔水管柱上通常配有伸缩、柔性连接接头和悬挂张力器。在深水中,比较有代表性的是 533.4mm钻井隔水管,平均每根长度为15.2～27.4m。为减小由于钻井隔水管结构需要和自身重量对钻井船所造成的负荷,在钻井隔水管外部还装有浮力块。这种浮力块是用塑料和类似塑料材料制成的,内部充以空气。在钻井隔水管外部,还有直径处于50～100mm范围的多根附属管线。在深水钻井作业过程中,位于泥线以上的主要工作构件从下向上分别是:井口装置、防喷器组、隔水管底部组件、隔水管柱、伸缩短节、转喷器及钻井装置,井口装置通常由作业者提供。
4 结论
深水石油钻井是一项具有高科技含量、高投入和高风险的工作,其中喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、随钻测井技术、ECD控制等技术是深水钻井作业成功的关键。钻井船、隔水管和水下防喷器等设备的合理选择也是深水钻井作业成功的重要因素。另外,强有力的后勤支持和科学的作业组织管理是钻井高效和安全的重要保障。
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(收稿日期 2007-12-07)
〔编辑 张振清〕
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杨 进等:深水石油钻井技术现状及发展趋势
海洋深水钻井钻井液技术
海洋深水钻井钻井液技术 深水钻井一般指在海上作业中水深超过900m的钻井；水深大于1500m时为超深水钻井，近年来随着海洋石油储量开采比例的不断增加，海洋石油勘探逐步向深水区发展。然而，深水钻井所涉及的钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩稳定性、井眼清洗、浅水流动、浅层天然气及形成的气体水合物等问题，给钻井、完井带来严峻的挑战。 1.深水钻井带来的主要问题 与浅水区域相比，深水钻井面临的主要问题有以下几个方面：①井壁稳定性;②钻井液用量大；③地层破裂压力窗口窄；④井眼清洗；⑤低温下钻井液的流变性；⑥浅层天然气与形成的气体水合物。这些问题给钻井工艺带来了许多困难，同时对钻井液提出了更高的要求。 1.1 海底页岩的稳定性 在深水区中，由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，海底页岩的活性大。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，由于缺乏上部压实作用，胶结性较差，易于膨胀、分散，导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。如通过稀释或替换钻井液来控制钻井液的低密度钻井液的低密度固相的含量，必将需要大量钻井液。因此，针对海底页岩稳定的问题，采取了加入一定量的页岩稳定剂的措施。如在深水钻井液中加入无机盐（NaCl、CaCl2）和具有浊点的聚合醇、以达到增强页岩稳定性的目的。 1.2 钻井液用量大 实践证明，在深水钻井作业中的钻井液量远远大于其它同样深度但钻井条件不同的井，因为海洋钻井需要采用隔水管、隔水管体积一般高达159m3，加上平台钻井液系统，所以钻井液需要用量比其他同样深度但钻井条件不同井大得多。钻井中为了避免复杂情况的发生，一般多下几层套管，因此所需的井眼直径也相应增大。深水钻井时应配备3台高频率振动筛，以及大流量的除砂器和除泥器等固控设备，在非加重的钻井液中，固相的有效清除率大于75%，将钻井液中的钻屑含量控制在适当的范围内，可节省大量的钻井费用。 1.3 井眼清洗 深水钻井时，由于开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大，如果钻井液流速不足就难以达到清洗井眼的目的。因此，对钻井液清洗井眼的能力提出高要求，一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速度粘度，以及有规律地短程起下钻等方法，均有助于钻井过程中钻屑的清除。使用与钻井过程中钻井液粘度不同的钻井液清除钻屑效果较明显，比如使用稀浆钻进，稠浆清洗钻屑。 1.4 浅层气与气体水合物 深水钻井遇到的主要问题之一是浅层气砂岩引起的气体水合物的生成。一般在钻井液管线中发现生物气（沼气）并不算大问题。但是在深层发现含气砂岩则会引起大问题。因为对砂岩地层来说，浅层一般多是含有重油的非胶结性地层，而深层则是含有气体的低渗透率的硬质地层。在深水钻井作业中，气体水合物的形成不仅是一个经济问题，更是一个安全问题因为这种气体水合物是堵塞气体传输管线的主要原因。气体水合物类似冰的结构，主要由气体分子和水分子组成，外观上看起来类似于脏水。但是它在性质上又不象冰，如果压力足够，它可以在0℃以上形成。在深水钻井作业中，海底较高的静水压力和较低的环境温度进一步增加了生成气体水合物的可能性，尤其是节流管线、钻井隔水导管以及海底的井口里，一旦
国内外海洋石油开发现状与发展趋势
一、海洋石油开发现状 世界石油开发已有200 多年的历史，但直到19 世纪61 年代末期，才真正进入近代石油工业时代。1869 年是近代石油工业纪元年，从此，世界石油产量开始迅速增长。尽管在19 世纪末，美国已在西海岸水中打井，开始了海洋石抽生产，但真正成为现代化海洋石油工业，还是在第二次世界大战以后。海洋石袖是以1947 年美国成功地制造出第一座钢质平台为标志，逐步进人现代化生产。 1990-1995 年期间全世界除美国外有718 个海上新拙气田进行开发。最活跃的地区在欧洲，有265个油气田进行开发，其配是亚洲，有l88个，非洲102 个，拉丁美洲94 个，澳大利亚41 个，中东21 个。 1990 -1995 年期间开发的海上新油气目中，储量、天然气田生产能力、油田生产能力排在～ 前 5 位的国家如下图所示。在此期间，全世界18个国家开发的海上油气田数见表 发展最快的是北美，从1989 年的410 口上升到1993 年的500口。全世界有242 个海上油气田投入生产，其中油田139个，气田103个。从分布上看，西北欧居第一位，共投产67个油、气田，其中油田40个，气田27个。在此期间全球海洋石油总投资额为3379亿美元。 1990-1995年期间，全世界（不含美国）共安装了7113座平台，其中有83座不采用常规固定式平台，而采用半潜式、张力腿式和可移式生产平台。巴西建造了300～1400m深的采油平台，挪威建造的张力腿平台水深达350m，中国南海陆丰22I生产储
油船和浮式生产系统工作水深约为355m。有41个国家大约安装370多座水深不超过60m的浅水采油平台。 总之，世界平台市场需求量增加，利用率在提高。 二、海洋石油开发技术与发展趋势 石油是重要战略物资各国都很重视。21世纪，石油和天然气仍将是世界主要能源。世界油气资源潜力还相当大，有待发展先进技术，进一步加强勘探和开发，以提高发现成功率和采收率，降低勘探开发成本。 海洋石油的开发已为全世界所瞩目，世界海洋石油的日产量也在逐年增长。随着陆上石油逐渐枯竭，海上油气的开采将会越来越重要。同时，由于开采技术的不断提高，海洋石油的开发也将不断向南、深、难的方向发展，其总的趋势如下。 （一）石油地质勘探技术 今后的世界石油勘探业将是希望与困难井存。一方面，还有许多远景盆地有待勘探，成熟盆地还有很大的勘探潜力。油气新远景区可能是深海水域、深地层和北极盆地。另一方面，20世纪四年代的油气勘探己向广度和深度发展。世界范围内寻找新油气田，增加油气勘探储量，提高最终采收率的难度越来越大，油气田勘探开发成本直线上升。石油地质工作者将面临降低勘探成本、提高探井成功率，增加探明储量的挑战。在这种严峻的形势下，今后的石油地质科技将向三个方面发展． ①加强盆地数字模拟技术的研究，以深入解剖盆地，揭示油气分布规律， ②加强综合勘探技术的研究，以提高探井成功率，降低勘探成本； ③加强开发地质研究，探明石油储量，帮助油藏工程师优化石油开采，最大限度地提高采收率。 （二）地质勘探技术 海上地震勘探技术的发展趋势是：海上数据采集将越来越多地采用多缆、多震源及多船的作业方式，这样可大大提高效率，降低费用，研究和应用适于海上各种开发区的观测方法，实现海上真三维地震数据来集；研究大容量空气枪减少复杂的气枪组合；开发海上可控震源；不断增大计算机容量，提高三维处理技术，计算机辅助解释系统的发展将进一步满足人机交互解释的需要，并向小型、多功能、综合解释方向发展。对未来交互解释站计算机能力的期望是100 MB的随机存取存储器；2000万条指令∕s，高分辨率荧光屏,软件可移植性。新一代交互解释站将具有交互处理能力，具备叠前、叠后、反演、模拟等处理功能，能作地质、测井、VSP横波资料的综合分析和解释，将物理的定量分析和地质信息结合起来，进行地层和岩性解释。 （三）钻井工艺技术 钻井在油气勘探、开发中占有重要的地位。钻井技术水平不仅直接影响勘探的效果和油气的产量，而且由于钻井成本占勘探开发成本的大部分，因此，它直接关系到油田勘探开发所需要的投资额。基于这一点，提高钻井技本水平和钻井效率、降低钻井戚本对油气田勘报开发具再重要意义。 过去的10年是钻井技术发展的10年，钻井技术的各个领域都取得了明显的进步。随钻测量系统可以把井眼位置、钻井妻数和地层参数及时传送到地面，从而能够实时了解井下情况和监测钻进过程，随锚测量还大大提高了钻井的安全性相钻井效率，地面数据采集与处理计算机系统和计算机信息网络，提高了钻井过程的实时控制和预测能力，实现钻井过程的系统优化、连续控制井眼轨迹技术提高了定向钻井水平；基础研究的加强，促进了钻头设计、钻头性能预测等方面的改善；聚晶金刚石钻头的发展和新型的聚晶金刚石钻头的出现，不仅显著提高了钻头机械钻速，而且成功地解决了非均质破裂研磨性地层的经济钻进问题；优质泥浆和固控技术解决了复杂地层的钻井问题，提高了钻
深水钻井的难点及关键技术
深水钻井的难点及关键技术 随着油气资源的持续开采, 陆地未勘探的领域越来越少, 油气开发难度越来越大。占地球面积70%以上的海洋有着丰富的油气资源, 油气开发重点正逐步由陆地转向海洋, 并走向深海。目前, 国外钻井水深已达3000 m 以上, 而我国海上油气生产一直在水深不足500 m 的浅海区进行, 我国南海拥有丰富的油气资源但这一海域水深在500~ 2 000m, 我国目前还不具备在这样水深海域进行油气勘探和生产的技术。周边国家每年从南沙海域生产石油达5 000×10 4 t 以上, 相当于我国大庆油田的年产量, 这种严峻的形势迫使必须加快我国南海等海域的深水油气勘探开发。石油工业没有关于“深水”的预先定义。“深水”的定义随时间、区域和专业在不断变化。随着科技的进步和石油工业的发展，“ 深水”的定义也在不断发展。据2002 年在巴西召开的世界石油大会报道，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m 以内为常规水深 400m-1500m 为深水，超过1500m 为超深水。但深度不是唯一的着眼点，只要越过大陆架，典型的深水问题就会出现。一、深水钻井的难点 与陆地和浅水钻井相比, 深水钻井有着更为复杂的海况条件面临着更多的难题, 主要表现在以下几个方面。 1、不稳定的海床由于滑坡形成的快速沉积，浊流沉积，
陆坡上松软的、未胶结的沉积物形成了厚、松软、高含水、未胶结的地层。这种地层由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，所以它们的活性很大，给导管井段的作业带来了很大困难。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，这些沉积物由于缺乏上部压实作用，所以胶结性差。 在某些地区，常表现为易于膨胀和分散性高，这将会导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中。 2、较低的破裂压力梯度 对于相同沉积厚度的地层来说，随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，容易发生井漏等复杂情况。在深水钻井作业中，将套管鞋深度尽可能设置得深的努力往往由于孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间狭小的作业窗口而放弃。结果，深水区域的井所需的套管柱层数，常比有着相同钻进深度的浅水区域的井或陆上的井多。有的井甚至没有可用的套管而没有达到最 终的钻井目的。 3、气体水合物的危害 气体水合物是气体（甲烷、天然气、CO2 、N2 等）和水在一定条件（高温、高压）下形成的类似于冰物质。气体水合物在深水钻井作业中常常会遇到，通常在超过250m 水深的海域都会形成水合物, 一旦形成很难去除。气体水合物是一 种潜在的危害, 生成时结冰堵塞管汇, 气化时生成大量气
钻井液技术发展历史及未来趋势
钻井液技术发展历史及未来趋势 2014-08-14能源情报文/蔡利山中国石化石油工程技术研究院 钻井液技术的发展与钻井工程的技术需求不可分割，从20 世纪初始以自然造浆方式进行钻探作业到今天专业化多功能的钻井流体的广泛应用（各种钻井液体系的应用情况详见表1），时间经过了大约 1 个世纪。在此期间，钻井液工艺和材料一直在不断发展。由于理论与手段（甚或思维方式）的局限性，其发展过程可能会出现反复，发生技术革命的因素正在积累，但最终的突破点在哪里，目前仍显得扑朔迷离。 从表 1 可以看出三大特点：一是应用于特定环境下的特种钻井流体，如气基、泡沫、盐基流体等，这类技术自出现以后一直应用至今；二是效果稳定、操作简单的体系一直在沿用，如油基钻井液；三是具有持续技术传承的体系，如聚合物及其衍生体系，就目前的发展情况看，由于新材料研发因素的支撑，可能是最具生命力的一个领域。 从本质上讲，钻井液的功能实际上有两个：一是保持井壁稳定，以确保井眼在钻达设计深度之前，上部裸眼井段几何形状的变化不会影响正常的钻进作业；二是及时高效地将钻头破碎的岩屑携带至地面，以保持井筒清洁。除此之外的所有功能都是钻井液的衍生或附加功能，从钻井工程的性质看，保持已钻成井眼的稳定是第一位的，没有这一基础，与钻井工程有关的所有技术环节都无从谈起。鉴于此，围绕井壁稳定需求进行的技术探索从未停止过，相关研究多集中在钻井液体系、工艺材料、应力平衡技术以及能量变化对井壁稳定性影响的研究等方面。 1 钻井液体系的研究 这方面的研究一直是重点，且较为活跃。 1.1 钾基聚合物体系
为了尽可能发挥高价金属离子的化学抑制作用，在钻井液中常常同时加入KCl 和石灰（CaO），以利用Ca2＋稳定矿物晶格的能力，这种体系国外被称为钾钙基或钾石灰聚合物体系。 国内的高钙盐体系于2000 年前后开始投入现场应用，其特点是采用抗钙能力很强的聚合物助剂与CaCl2共同形成Ca2＋高于1000mg/L（滤液）的稳定钻井液体系。考虑到成本因素，现场维护时滤液中的Ca2＋通常保持在1200～1400mg/L，很少超过1600mg/L。此技术有效发挥了Ca2＋能够提高体系化学抑制能力的效率，极大地提高了钾钙基钻井液体系的化学防塌能力，可以认为是钻井液在防塌技术上的一个进步。 1.2 阳离子体系 随着化学抑制理论的不断发展，人们认识到阳离子基团在有序吸附排列于黏土矿物晶层的同时可以有效地将吸附水分子排挤出来，使黏土矿物产生去水化效应，亦即阳离子化以后的钻井液体系能够最大限度地发挥抑制防塌作用。国内在1987 年前后开始在现场试用阳离子钻井液体系（或者是以阳离子化的钻井液助剂对常规钻井液体系进行改造），1995 年以后，关于阳离子钻井液体系及其相关助剂的研究与现场应用案例明显增加。在对以往10 年阳离子钻井液技术研究与应用总结的基础上，殷平艺在1998 年首次提出了“新的钻井液研究必将以带有正电固相颗粒的阳离子钻井液体系为主体”的观点。但就总体效果看，这方面的研究没有突破性进展，但探索性的工作一直没有停止，直到现在仍可看到个别井使用阳离子体系的报道，但大多数时候是将阳离子助剂作为抑制剂或包被剂使用。 1.3 正电钻井液体系 2000 年以后，正电钻井液开始进入现场试用，这实际上是一种完全阳离子化的体系，其标志是体系（或滤液）的ξ 电位至少应大于0，考虑到正、负两种电荷中和效率极高，最终形成的正电钻井液的ξ 电位应不低于20mV，以便能够有足够多的正电荷用于支付以钻屑为主的负电性物质的消耗，如此方可投入现场试用。从部分井的现场应用情况看，正电体系实质上是阳离子化程度较高的阳离子体系，其ξ 电位一般不高于-20mV（传统水基钻井液的ξ 电位通常在-40～-30mV），这主要是因为现场条件下进入浆体的各种物质大多是负电性的，加之体系配伍的正电助剂不成熟，维护处理时仍以常规助剂为主，正电助剂反而成为辅助添加剂，导致正电体系在短时间内回归为常规体系。纵观钻井液化学抑制理论的发展历程，在防塌技术实践中，正电钻井液体系的研究原本是最有希望出现革命性突破的节点，但因理论的运用与现实发生了严重冲突，最终导致这种技术性的探索工作前景黯淡。 1.4 KCl—聚胺强抑制体系
中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势分析
中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势分析 发表时间：2016-07-08T17:08:03.557Z 来源：《基层建设》2016年7期作者：冯畅 [导读] 它在促进我国能源结构调整方面有着至关重要的作用。 辽宁石油化工大学抚顺市 113001 摘要：现阶段，大部分国家都把石油、天然气作为主要使用能源。但是，目前我国主要消费能源还是以煤炭为主。但是，由于煤炭资源有一定的使用局限性，企业很难获得良好社会、经济效益。因此，我国能源消费结构亟待调整，只有这样，才能缓解我国能源短缺的现状和不足，以实现我国经济、能源的可持续发展。而石油钻井工程作为开发利用石油资源的基础，它在促进我国能源结构调整方面有着至关重要的作用。 关键词：钻井工程；现状；发展趋势 通过对近几年全球钻井技术发展动向的分析，钻井工程正面临着重大的变革。上百年对资源的开发利用，使得一些能源已经消耗殆尽，而针对极端环境下的资源勘探和开发已经成为资源开发的热点。科学技术的发展为人类开展高难度活动提供了可能。不仅井下工具市场的发展实现了质的飞跃，并且，钻井技术也实现了远程控制，自动化、智能化的作业模式大大降低了工作的难度。基于此种情况，笔者对中石油钻井工程技术现状、挑战及其发展趋势进行了详细地阐述。 一、中石油油气工程技术的发展现状 从全球石油工业的发展形势来看，工程技术的重大变革，都伴随着全球油气在产量、储采等方面的巨大飞跃。特别是近些年来，各种工程技术水平的快速提升，加速推进了全球第四次石油技术革命的发展进程，世界能源格局得以改变。目前，中石油油气工程技术得到了飞速的发展，体现在水平井钻完井方面尤为明显，大大提高了勘探开发工作的效率，现已成为开发油气田的重要手段之一。但是，从某种方面来讲，油气工程技术的发展现状也不容乐观，油气资源品质逐渐劣化，并且油气目标也更加复杂，勘探开发的区域也延伸至海洋，由此可见，中石油油气工程技术面临着重大挑战。 二、中石油油气工程技术面临的挑战 现阶段，全球油气开发工作都发生了重大改变，主要体现在，范围从陆地延伸至海洋，开发深度也从浅层延伸至深层，在这种形势下，原有的工程技术已经不能满足实际发展需要，只有对其进行革新才能保证其工作的效率和质量。一直以来，我国的钻井工程技术都是对国外先进的生产技术进行模仿，自主研发的能力非常弱，始终和发达国家有一定的差距。核心技术和硬件始终都要依赖于进口，这在很大程度上制约了我国钻井工程核心竞争力的提高。体现在非常规环境、海洋和深海等探测领域尤为明显，这也是制约我国钻井工程技术发展的关键因素。深井、超深井、钻井所面临的挑战，主要表现在传统井壁稳定理论已经无法使用，原有的随钻测量系统的信道受到了一定的制约等等。海洋钻井面临的挑战主要有，受到水深、浅层水、气流、风浪流、天然气水合物等方面带来的影响非常大。非常规油气钻井所面临的挑战主要有：旋转导向系统的研发尚不成熟，破岩效率非常低，并且钻井周期非常长，成本也非常，进行流体回收和处理的装备与技术还不够完善。 三、中石油钻井工程技术的发展趋势 对于钻井工程技术的发展趋势，主要涵括三个方面：一方面是对工程技术的未来发展方向，另一方面是对钻完井技术的发展趋势，还有就是钻井工程技术的发展建议。具体内容如下： （一）工程技术的发展方向 当今世界油气技术正在向着集成化、智能化、绿色化的方向发展，而油气钻井技术则向着高效、经济、清洁、安全的方向发展发展。钻井技术不仅是开通油气通道的重要途径，更是促进油气井产量提升的有效手段。现阶段，很多企业都加大了相关技术的研究力度，以实现钻井的自动化操作，提高破岩工具的工作效率，完善井筒配套技术，对井下进行有效的检测和控制。通过对国外工程技术的分析发现，工程技术的创新具有长期性、高投入性以及持续性特点。工程技术的发展方向主要是围绕高效服务来展开的，通过钻井手段来提高发现率、采收率，并降低吨油的成本，提高企业的核心竞争力，实现工程技术的高效化、智能化发展。针对现阶段钻井工程技术面临的挑战，企业应明确攻关方向，以此来保证工程技术的服务能力。 （二）钻完井技术的发展趋势 钻完井技术的发展趋势如下：首先，和钻井技术相关的装备正向着大型化、自动化和模块化的方向发展，海洋钻井装备更可靠、安全、高效，且配套装备的质量也得到了同步提升。其次，高新钻井技术的远程专家控制正在逐步实现。再次，用新型钻井技术来促进油气井产量、开发效益和剩余油的采收率已经成为其新的主流趋势。最后，通过对破岩技术的不断创新，现阶段高效破岩技术不断涌现出来，一些非接触式钻井技术得以应用而生，大大提高了破岩技术的工作质量。此外，像井下测量工具以及控制仪器都在向着智能化方向发展。连续管、套管、膨胀管等钻井技术的配套工作逐渐完善，技术应用已经呈现出高速发展态势。同时，一些非常规的钻井完井技术实现了重大突破。 （三）工程技术的发展建议 对于非常规油气技术来说，应加快水平井的发展速度，实现钻机自动化，加大新型压裂液和流体回收处理技术的研究力度，推进产业优势形成进程。对于深层油气勘探开发来说，应对先关装备进行研发给予高度重视，比如，对抗高温、长寿命螺杆的研发，对高压、高温试油检测装备的研发等等。对于海洋油气勘探开发来说，应提高技术储备的速度，加快钻机、修井机等钻完井设备的研发力度，并且还要对超低温钻井液以及水泥浆等流体进行研究。 结束语 总而言之，虽然我国钻井工程技术仍然面临着巨大的挑战，其现状也不容乐观，但是，通过上述分析可以得知，钻井工程技术还是有着十分广阔的发展空间的。只要相关工作人员积极创新工作模式，改变工作理念，强化企业之间的合作，借鉴国外先进生产经验，加大研究力度，实现技术的自主性创新，为促进油气资源利用率的提升夯实牢固的基础，才能为我国经济的可持续发展提供源源不断的动力。
海洋石油深水钻完井技术概述
海洋石油深水钻完井技术概述 摘要：深水区海洋环境恶劣，台风和孤立内波频发，深水钻完井工程设计和作业难度大、风险高。在充分借鉴我国浅水钻井设计和国外深水钻完井设计及施工经验的基础上，研究并提出了深水钻完井设计的技术流程与工作方法，逐步形成了深水技术、深水科研、深水管理的三大体系，克服了深水特殊环境条件下的技术挑战和作业难题，满足了深水油气钻完井安全、高效的作业要求，具备了国内外深水自主作业能力。 关键词：深水；钻完井；作业实践；超深水跨越 目前，世界各国高度重视深水油气的勘探与开发，以BP、Shell、Petrobras 等为代表的油公司和以Transocean等为代表的服务公司掌握了深水钻井完井关键技术，主导着深水油气勘探开发作业。我国南海是世界四大油气聚集地之一，其中70%蕴藏于深水区。深水是挑战当今油气勘探开发技术和装备极限的前沿领域，尤其是在恶劣海洋环境下，如何安全、高效地开展深水钻完井作业成为了业界极为关注的焦点[1-3]。因此，研究深水钻完井所具有的特点，把握其发展趋势，对于促进我国石油工业可持续发展、增加油气产量、保障能源安全具有重要意义。1深水钻完井设计面临的挑战 在深水环境钻完井难度很大，深水钻完井设计不同于常规水深的钻完井设计，主要面临以下几个方面的挑战： 2.1深水低温 海水温度随水深增加而降低，深水海底温度通常约为4℃，海水的低温可以影响到海底泥线以下约数百米的岩层[4]。低温带来的问题主要包括：海水低温环境使隔水管中的钻井液流变性发生变化，在该温度下容易形成水台物，而且这样低的温度的对于钻井液和水泥浆的物理性质有很大的不利影响。会使钻井液的黏度和密度增大，钻井液的黏度增大可产生凝胶效应，在井筒流动中产生较高摩擦阻力，增大套管鞋处地层被压开的风险。容易引起钻井液稠化，使其流变性变差。低温还会延缓水泥水化导致水泥胶凝强度和水泥石抗压强度发展缓慢，流体易侵入水泥基体，容易造成油、气、水窜，后续作业无法顺利进行，影响固井质量。 2.2浅层气和浅层流
深水海洋石油钻井装备发展现状
深水海洋石油钻井装备发展现状 摘要:为加快我国深海油气开发的步伐,有必要深入调研和跟踪国外深水油气勘探的动态和成功经验,了解国外深水海洋石油钻井装备的结构特点、现状和技术水平。对国外深水半潜式平台和钻井船的特点、现状及发展趋势,深水平台钻机和隔水管系统的发展现状和技术水平,以及深水钻井防喷器系统的工作特点及应用情况做了介绍,对我国深水钻井领域的发展具有指导作用。 关键词: 深水钻井;半潜式平台;双井架钻机;隔水管系统;水上防喷器当今世界油气储量迅速递减,陆上石油资源紧缺问题日渐突出,而占地球面积70%以上的海洋,预计油气储量相当可观。据估计,全世界未发现的海上油气储量有90%是在水深超过1000 m以下的地层中。我国深水海域也十分广阔,蕴藏着丰富的油气资源,但是目前我国的深水钻探开发仍处于起步阶段,深水钻完井技术与国际先进水平相比存在很大差距,在很多方面缺乏自主的关键技术,已成为我国深水油气勘探开发的瓶颈。因此,有必要深入调研和跟踪国外深水油气勘探的动态和成功经验,了解国外深水海洋石油钻井装备的结构特点、现状和技术水平。 1 深水半潜式钻井平台 随着陆地资源的日益枯竭,石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋,坐底式平台、重力式平台、导管架平台、自升式平台等主要作业于浅海区域,随着油气勘探开发日益向深海推进,张力腿平台也显示出其局限性,钻井船和半潜式平台成为主要选择,然而半潜式钻井平台由于具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率等特点,在深海能源开采中具有其他型式平台无法比拟的优势。 1. 1 结构和运动特点 半潜式钻井平台上部为工作甲板,下部为2个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、支持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,到21世纪初,工作水深可达3000 m,同时勘探深度也相应提高到9000～12000 m。据Rigzone网站截至2006207初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。 与固定式平台不同,半潜式平台在工作时漂浮于海面,因而可以不受作业水深的限制,适用于各种水深的海域。在半潜作业时,平台一直处于运动状态。与钻井船相比,半潜式平台由于大部分排水量都集中在水下较深处,这使得平台整体受波浪的影响较弱,在波浪中的运动响应较小,能够适应大多数的海洋环境,与钻井船相比有更好的运动特性。在作业海况下,半潜式平台的升沉≤1.0～1.5 m,水平位移不大于水深的5%～6% ,平台的纵倾角不大于±(2°～3°)。平台的这种运动是在钻井作业所允许的最大运动幅度之内,因而能很好地满足海上作业要求。 1. 2 技术现状 在用深水半潜式钻井平台主要是在美国墨西哥湾、巴西、北海、和墨西哥海域作业。为适应向深水和深井找油的需求,近年来运用综合高科技,国外设计建造了工作水深超过3810 m (12500 ft) 、钻深达到1219m (40000 ft)、钻机绞车功率增至5292 kW (7200 hp)的第6代海上半潜式钻井平台。
深水钻井液技术现状与发展趋势
深水钻井液技术现状与发展趋势 文/邱正松赵欣，中国石油大学 引言 深水已成为国际油气勘探开发的重点区域。深水钻井液技术作为深水油气开发的关键技术之一，需解决深水复杂地层井壁失稳、低温流变性调控、天然气水合物的生成等技术问题。由于深水钻井液技术难度大，风险高，目前主要由国外技术服务公司垄断。中国深水钻井液技术尚处于起步阶段，与国外先进水平存在很大差距。笔者对深水钻井液面临的技术问题及对策进行全面分析，总结深水钻井液体系研究与应用进展以及中国深水钻井液技术研究现状，并对深水钻井液技术的发展趋势进行了展望，以期把握先进深水钻井液技术动向，对中国深水钻井液技术的发展起到一定的参考与借鉴作用。 1 深水钻井液面临的主要技术问题及对策 与陆地和浅水相比，深水钻井液面临着许多特殊的技术问题，包括深水地质条件的复杂性、钻井液低温流变性调控、天然气水合物的生成、井眼清洗问题及环保问题。 1.1 深水地质条件的复杂性 1.1.1 海底疏松地层井壁失稳与井漏问题 由于深水沉积过程中部分上覆岩层由海水代替，造成地层欠压实，孔隙压力大，胶结性差，海底泥页岩易膨胀、分散。欠压实作用下地层破裂压力低，导致钻井液的安全密度窗口变窄，易出现井漏等问题。 海底浅部地层通常存在数百米厚的硅质软泥，含水量为50%～70%，其物理性质类似于牙膏，剪切强度低，地层承载力差，易引发井壁失稳。 1.1.2 天然气水合物地层分解问题 由于天然气水合物可稳定存在于深水高压低温环境中，钻井过程中不可避免地钻遇赋存天然气水合物地层。由于钻具的机械扰动以及钻井液的侵入和传热作用等因素，井壁周围地层压力和温度的变化导致地层中的水合物分解，地层强度降低，引发井壁坍塌。此外，水合物分解释放大量气体和少量的水，增加了井壁地层的含水量和地层孔隙压力，引发井壁失稳；而大量的气体进入井筒易引起井涌或井控问题。 1.1.3 深水厚盐岩层井壁失稳问题
浅谈石油钻井技术现状及发展趋势
浅谈石油钻井技术现状及发展趋势 发表时间：2016-11-08T16:40:45.743Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：于洋 [导读] 摘要：石油在我国国民经济的发展中占据着重要的能源地位，对于促进我国的国家经济的发展有着极为重要的影响。石油钻井技术能够有效改善对于石油开发上面发挥着重要的作用。 中国石油集团长城钻探工程有限公司辽河分部东部HSE监督中心 摘要：石油在我国国民经济的发展中占据着重要的能源地位，对于促进我国的国家经济的发展有着极为重要的影响。石油钻井技术能够有效改善对于石油开发上面发挥着重要的作用。经济的不断发展对于石油能源的需求量已经在不断增加。笔者主要讨论石油钻井技术的现状以及发展趋势，以期能够促进石油的技术的发展以及未来国家经济的发展。 关键词：石油钻井技术；发展趋势；能源地位；国家经济发展 0.前言 我国的经济发展在改革开放之后非常迅速，自然对于石油等能源的需求量也不断增加。石油相关的技术发展对于石油的开发非常重要，其中最为主要的就是石油钻井技术，该技术从研发和实践发展至今已经获得了重大的成就，但是这跟很多的发达国家之间存在着巨大的差距[1-2]。笔者主要分析石油钻井技术的现状以及发展的趋势，具体表述如下。 1.石油钻井技术发展现状 1.1钻井成本方面 石油钻井的经济效益和钻井的成本之间存在着紧密的联系。在钻井的相关设备方面，我国已经从基本上实现相关设备的机械化和国产化。一般情况下，一套较为完整的石油钻井设备包含有八个部分，其中分别是循环系统和提升系统以及动力系统等。每个系统都能够由若干个设备组成，共同影响着整个设备的运转。这些设备主要涉及到钻井的成本问题，而钻井成本直接影响石油钻井的经济效益，进而对于石油钻井技术的发展有一定的影响。 1.2石油产量方面 石油钻井的井下测量以及信息的传输技术和控制技术等都对于提高石油产量有着非常重要的影响。我国目前在有关井下测量等方面的相关技术发展也获得了较为重大的发展。石油产量的发展能够有效影响石油钻井产生的经济效益，从而不断影响石油钻井技术的研发和深入发展。 1.3钻井技术方面 在石油钻井中对于深井或者是超深井的钻井技术提出了一定程度上的要求。目前，我国在这对深井以及超深井的钻井技术等方面已经取得了一定的进步。石油工业已经在我国获得了较为长足性的发展，并且陆续出现了很多钻采条件非常恶劣的高温和高压的深井以及超深井等情况，还会可能遇到酸性介质的环境。这种腐蚀的介质有点时候可能会单独存在，有的时候可能会混合存在，对于套管的使用性能等也能够提出更高程度上的要求，例如有关链接强度以及抗挤等。 2.发展趋势 2.1自动化 科学技术呈现着日新月异的发展趋势，石油钻井技术以后必定会取得一定的突破。石油钻井的研发不仅需要在资金和技术上具备一定的实力，还可能会存在一些风险。在未来的发展过程中，石油钻井技术即将走向大型化和自动化的状态。目前，国外在石油钻井的相关机械方向已经取得了较为成功的成果，我国在相关方面的机械化发展也逐渐走向自动化和大型化的发展状态。为了能够更好地进行石油开采并且更好地开采深部和深海地区的相关油气资源等，我国的石油钻井设备也会在未来的发展过程中走向自动化和大型化。另外，在未来的发展过程中，石油钻机如果整体朝向交流变频调速电驱动石油钻机的方向发展下去，就能够在很大程度上提高石油开采的主要效率。交流变频电驱动石油钻机在实际的作业过程中具备足够的优势。交流变频电驱动石油钻井能够在很大程度上保护石油工作人员的相对安全性，还能够提升整体石油开采过程中的相对的安全系数。另外，交流变频电驱动石油钻机能够有效保持短时增距的倍数达到一定的标准范围内，还能够大大提升石油钻机的能力以及相关处理一些意外事故的能力。交流变频电驱动石油钻机还能够有效地适应一些现场的施工环境等，具备一定的自动化的相关性有点。因为交流变频电驱动石油钻机自身具有恒功率宽调速的相关特征，因而能够在很大程度上有效简化石油钻机的机械构造。除此之外，交流变频电驱动石油钻机不但能够有效承载一定的负荷，还能够较为成功地对于一些设备进行相关的启动和速度的调节和控制。交流变频电驱动石油钻机在进行相关的下钻作业的过程中能够根据当时的实际情况对于电网所自身拥有的能力进行实时的反馈，进而提高相关的制动装置的一般使用效率。 2.2信息技术 现代信息技术已经在我国深入到各行各业中，石油钻井工程也不例外。在未来的发展过程中，现代信息技术将在石油钻井中的应用范围逐渐扩大。现代的信息技术能够为石油钻井进行安全作业提供较好的条件。尤其是针对一些视频监控技术来说，3G技术的应用能够有效结合语音以及多媒体的相关作业来提高一些数据传输的速度以及保障数据相关传输的安全性。3G的无限视频监控系统能够有效利用3G相关的通信技术的优势，进而建立起一个小型的远程性的无限监控系统。这种小型的系统具备简单易行的优点。3G无限视频监控能够有效采取相关的设备进行视频监控，只需要预先安装好相关的客户端，就能够在辐射的范围之内进行控制。 2.3智能化 石油钻井技术智能化是其未来发展过程中的另外一个重要趋势和发展方向。智能化的石油钻井技术的运用不但能够有效减少一些人工的操作风险，还能够提升相关资源的利用率。所以，在未来的石油钻井的发展过程中，石油钻井的相关工作人员只需要穿着整洁的工作服，坐在工作间里面监控相关的仪表屏幕以及一些按钮操作，就能够成功实现对整个石油钻机的控制。石油钻井的智能化发展在很大程度上能够有效时限对于钻井工作情况的实时检测，进而提高石油钻井的相关工作质量。石油钻井智能化技术的持续普及以及运用能够大大提升石油开采的整体水平以及开采的质量，还能够减少一些实际钻井过程中潜在的对于生命安全的威胁。 3.结语 石油钻井技术的有效发展能够对于我国石油资源的开发和应用等具备一定的积极影响。随着经济的不断发展，石油开采的领域不断扩大，石油开采的难度也会随之增加，这要求相关的工作人员能够有效运用技术型机械，促进石油开采效率的不断攀升[3-4]。笔者主要分析
深水石油钻井技术现状及发展趋势
文章编号:1000-7393(2008)02-0010-04 深水石油钻井技术现状及发展趋势3 杨 进1 曹式敬2 (1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京 102249; 2.中国海洋油田服务股份有限公司钻井事业部,北京 101149) 摘要:随着世界深水油气资源不断发现,近几年来深水钻探工作量越来越大。随着水深的增加和复杂的海况环境条件,对钻井工程提出了更高的挑战,钻井技术的难度越来越大。从目前国内外深水钻井实践出发,对深水的钻井设备、定位系统、井身结构设计、双梯度钻井技术、喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、钻井液和固井工艺技术和钻井隔水管及防喷器系统等关键技术进行了阐述,对深水的钻井设计和施工进一步向深水钻井领域发展具有重要导向作用。 关键词:深水钻井;钻井设备;关键技术 中图分类号:TE21;TE24 文献标识码:A Curren t situa ti on and develop i n g trend of petroleu m dr illi n g technolog i es i n deep wa ter Y ANG Jin1,CAO Shijing2 (1.MO E Key Laboratory of Petroleum Engineering in China U niversity of Petroleum,B eijing102249,China; 2.D rilling D epart m ent of China O ffshore O ilfield Services L i m ited,CNOOC,B eijing101149,China) Abstract:A s more and more oil and gas res ources are discovered in deepwater world wide,the deep water drilling has become more and more in recent years.It requires more on drilling engineering and drilling technol ogies due t o the increased water dep th and comp licated marine conditi ons.Based on the p ractice in deep water drilling both at home and abr oad,s ome key technol ogies are dis2 cussed in this paper,including the drilling equi pment,the positi oning syste m,the casing p r ogra m design,the dual-gradient drilling technol ogy,the technol ogy of jetting and l ower circuit,the dyna m ic killing and drilling technol ogy,the technol ogy of annulus p ressure detecti on while drilling,the technol ogy of drilling fluid and ce menting,the drilling raiser technol ogy,and the bl owout p reventer sys2 te m.A ll the technol ogies p lay an i m portant r ole in enabling drilling design and constructi on t o expand int o deep water. Key words:deep water drilling;drilling equi pment;key technol ogy 全世界未发现的海上油气储量有90%潜伏在水深超过1000m以下的地层,所以深水钻井技术水平关系着深海油气勘探开发的步伐。对于海洋深水钻井工程而言,钻井环境条件随水深的增加变得更加复杂,容易出现常规的钻井工程难以克服的技术难题,因此深水钻井技术的发展是影响未来石油发展的重要因素。 1 国内外深水油气勘探形势 全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400×108t,探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548×108 t,待发现天然气资源量7815×1012m3,分别占世界待发现资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景良好,为今后世界油气勘探开发的重要领域。 随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。目前,大于500m为深水,大于1500m则为超深水。据估计,世界海上44%的油气资源位于300m以下的水域,其中,墨西哥湾深水油气资源量高达(400～500)×108桶油当量,约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上, 第30卷第2期 石油钻采工艺 Vol.30No.2 2008年4月 O I L DR I L L I N G&PRODUCTI O N TECHNOLOGY Ap r.2008 3作者简介:杨进,1966年生。1989年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,现从事油气钻井工程研究工作,教授,本刊编委。电话:010 -89733204。
深水钻井关键装备现状与选择
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。４’石油矿场机械２００９年１０月 触面也进?步加大。凶此随着作业水深的增加，水下 井ＩＩ也变得越来越大，压力等级、抗弯能力、町悬挂 套管质垦和数最对各种套管层序的适川性、操作性 和安全町靠性等性能指标也越来越高。 ４结语 走向深水既足提高油气产量的需求，也是全球 海洋石油发展的趋势。深水浮式钻井装置、隔水管 系统和水下井ＩＩ等是进行深水钻井的必要装备。深 水钻井区别于浅滩和陆地钴升作、Ｉｋ，所需装备的没 计、制造难度很大，国外涉足深水领域已有几十年的 历程，深水钻井装备已成为成熟技术。依靠进ｆｌ深 水作、Ｉｐ装备，小但耗费人量资会。在关键技术上也受 制于人，严重制约着我国深水石油开发进度，因而展 开相关研究工作已迫在眉睫。 图１水卜．井１１系统 临时导向基座用于定井位，是首先下入的设备，坐在海底泥线卜；永久导向基座安装在临时导向基座之上，通过连接在导向柱上的导向绳引导后续Ｊ二具的入井及设备的安装；０７６２ｍｍ（３０ｉｎ）导管头悬挂导管坐落在永久导向基座内，用专用下入工具随永久导向基座同时下入；０４７６．２５ｍｍ（１８％ｉｎ）高压井［Ｉ头下部连接表层套管，坐落在导管头内，通过液压连接器连接水下防喷器；各层技术套管通过套管挂和密封总成悬挂在高压井ＩＩ头内。 深水条件下对水下井【１的选择主要考虑井筒中需要悬挂的套管层序、套管尺寸和连接方式、抗弯曲能力、压力级别、可悬挂的最大套管质鼍等。在没计的前期，需要对海况条件下井口呵能受到的钻井隔水管、防喷器组上部质量以及可能的轴向力和弯矩进行分析，尤其是采用动力定ｆ《》＝时，钻井船偏离井口或紧急情况下进行紧急解脱时。防喷器组和水下井口头可能会承受很大的弯矩∽。…。 井口头压力级别的选用应与防喷器一致，主要根据地层压力的情况，通常选用６９ＭＰａ（１００００ｐｓｉ）或１０３ＭＰａ（１５０００ｐｓｉ）压力等级，在一些特殊情况下，也可选用１３８ＭＰａ（２００００ｐｓｉ）。抗弯曲能力在２７１０～９４８４ｋＮ?ｍ（２０００～７０００ｋｌｂ?ｆｔ）。常规水下井口的抗弯曲能力在３３８７～４０６５ｋＮ?ｍ（２５００～３０００ｋｌｂ?ｆｔ）。井［１头的抗弯能力与高压井ｆｌ头的壁厚相关，典型的高压井口头的外径大约是０６８５．８ｍｍ（２７ｉｎ）。为了获得较高的抗弯能力，高压井口的外径不断增加，而且与低压井口的接参考文献： ［１］ＰｅｔｔｉｎｇｉｌｌＨＳ，ＷｅｉｍｅｒＰ．Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅｄｅｅｐｗａｔｅｒｅｘ—ｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｕｔｕｒｅ ［－ＣＪ／／Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ：２１ｓｔＡｎｎｕａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｎｆｅｒ— ｅｎｃｅ，２００１． Ｉ－ｚ］赵政璋。赵贤正，李景明，等．国外海洋深水油气勘探发展趋势及启示ＬＪ］．中国石油勘探，２００５。１０（６）：７１— ７６． ［３］兰洪波，张玉霖，菅志军，等．深水钻井隔水管的应用及发展趋势［Ｊ］．石油矿场机械。２００８，３７（３）：９６—９８． １－４＿］杨进，曹式敬．深水石油钻井技术现状及发展趋势［Ｊ］．右油钻采工艺。２００８，３０（２）：１０１３． ［５］方华灿．海洋深水双梯度钻Ｊ｛：用水下装备［Ｊ］．石油矿场机械，２００８，３７（１１）：１－６． ［６］陈国明，殷志明，许亮斌。等．深水双梯度钻井技术研究进展［Ｊ］．石油勘探与开发，２００７，３４（２）：２４６－２５１．［７］ＳｍｉｔｈＫＩ．，（；ａｕｋ人Ｄ，ＷｉｔｔＤＥ．ｅｔａ１．Ｓｕｂｓｅａｍｕｄｌｉｆｔｄｒｉｌｌｉｎｇｊｏｉｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙｐｒｏｊｅｃｔ：ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇｄｕａｌｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔＯｉｎｄｕｓｔｒｙＬＯ］．ＳＰＥ７１３５７，２００１．［８］ＳｃｈｕｍａｃｈｅｒＪＰ，ＤｏｗｅｌｌＪＤ，ＲｉｂｂｅｃｋＩ．Ｒ．ｅｔａ１．ＳｕｂｓｅａＭｕｄＬｉｆｔＤｒｉｌｌｉｎｇ（ＳＭＤ）：ｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｆｏｒ ｔｈｅｆｉｒｓｔｓｕｂｓｅａｆｉｅｌｄｔｅｓｔｏｆａｆｕｌｌｓｃａｌｅｄｕａｌｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｔｇｒｅｅｎｃａｎｙｏｎ１３６，ＧｕｌｆｏｆＭｅｘｉｃｏ ［Ｇ］．ＳＰＥ７１３５８，２００１． Ｉ－９］ＥｇｇｅｍｅｙｅｒＪＣ，ＡｋｉｎｓＭＥ，ＢｒａｉｎａｒｄＰＥ。ｅｔａ１．Ｓｕｂ—Ｓｅａｍｕｄｌｉｆｔｄｒｉｌｌｉｎｇ：ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａ ｄｕａｌｇｒａｄｉｅｎｔｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｇ］．ＳＰＥ７１３５９，２００１．［１０］ＭａｕｒｅｒＷＣ。Ｍｅｄｌｅｙ（ｊＨ，ＭｃＤｏｎａｌｄＷＪ．Ｍｕｈｉｇｒａ—ｄｉｅｎｔｄｒｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｙｓｔｅｍ：ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ， ００６５３０４３７［Ｐ］．２００３—０３—１１．万方数据