海上钻井平台综述.docx

在石油钻井领域中，目前国际上对深水的定义不尽相同：2002年在巴西召开的世界石油大会上提出将400m作为划分深水的标志线口；Shell及BP公司规定水深超过500m是深水；全球主要深水钻井承包商之一的Oceaneering公司认为水深超过910m才属于深水；我国目前采用的深水标准是500m。由于全球对原油的消耗量不断增长，陆上和浅水区域的原油产量已不能满足需求，因此深水油气勘探与开发引起各国的高度重视。而随着深水油气勘探开发受到重视，全球深水钻井装备、深水钻井高新技术研究与应用得到了快速发展，深水钻井关键技术不断取得突破。
1深水钻井技术的挑战与发展状况
1．1深水钻井技术的挑战
水深带来的挑战。随着水深的增加，钻具、钻井液、隔水管用量和海洋环境复杂性都相应增加，这对平台承载能力、钻机载荷、甲板空间等提出了更高的要求。随着工作水深的增加，作为深水油气开发的主要装备——浮式钻井平台已经开发出了六代产品。工作水深从几百米增加到超过3000m；载荷也从几千吨增加到上万吨。另外，随着水深的增加，隔水管需要具备更大的抗挤压能力，对钻井液、完井液的流变性也提了新的要求，同时，海底的所有装备也要承受更低的温度和更高的压力。
风浪流带来的挑战。深水环境的风浪流会引起钻井船的移位，导致隔水管发生变形和涡激振动，因此对其疲劳强度设计提出了更高的要求。环境载荷超出隔水管作业极限载荷时，需要断开隔水管系统和水下防喷器的连接。悬挂隔水管的动态压缩也可能造成局部失稳，增大隔水管的弯曲应力和碰撞月池的可能性。强烈的海洋风暴对钻井平台具有灾难性的破坏作用，因此深水钻井对海洋风暴的预测及钻井平台快速撤离危险海域提出了更严格的要求。
低温带来的挑战。海水温度随水深增加而降低，海底温度(即使在热带)一般为4℃左右，有些地区达3℃，海水的低温可以影响到海底泥线以下约数百米的岩层。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，可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开的风险。钻井液流变性的变化给井筒压力计算和控制带来了极大的冈难。此外，海底低温延长了水泥浆的凝固过程，使水泥浆长时间处于胶凝失重状态，发生流体窜流的机会大增，导致水泥浆机械性能变差，强度降低。海底附近的低温高压环境给井筒形成水合物提供了适宜的条件，如果钻井液或压井液中携有一定量的天然气，那么在海底泥线附近的井筒及防喷器中极易形成水合物，导致井控设备失效等。
水合物带来的挑战。钻井过程中水合物的形成会带来以下影响：1)阻塞节流、压井管汇和钻井液(气)分离器，无法进行循环作业；2)在防喷器中部或下部造成阻塞，妨碍油井压力监测；3)阻塞物在井眼环空中形成，妨碍钻杆旋转和移动。深水固井过程中，水泥水化放热导致气体水合物分解，气体流动造成井壁不稳定或水泥浆气窜，环空水合物分解释放出大量气体可能憋漏套管鞋处地层。深水井测试中，关井、诱喷或节流效应导致井内温度降低，低温生成的水合物会堵塞测试管柱，造成测试失败。水合物分解出的气体进入井筒使钻井液密度降低，诱发井涌和井喷。此外，如果在钻井过程中钻遇水合物层(藏)，由于钻井破坏了水合物藏的温度、压力环境，会导致水合物层中水合物的分解，影响井筒稳定性等。
窄钻井液安全密度窗口带来的挑战。深水造成的欠压实，使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄。窄密度窗口地区钻井事故频繁，容易发生井漏、井涌、井塌、卡钻、涌漏同层等井下故障，窄钻井液安全密度窗口导致套管层数增加，甚至无法钻至目的层。窄钻井液安全密度窗口也给深水井控带来了很大的难题。
深水钻井地质灾害。深水地质灾害包括海底表层疏松、浅层流动等引起的灾害，其中浅层流动危害是重要的危害之一。海底浅层流包括浅层气流和浅层水流。浅层流冲刷可能造成水下井口、防喷器组和导管塌陷。浅层气流中的气体进入海水后，海水密度降低，钻井平台所受浮力减小，容易造成平台倾覆、火灾等事故。海床泥水分界面以下的地层大部分是易坍塌的疏松泥岩和页岩，易发生井壁坍塌，导致钻井故障或事故。
1．2国外深水钻井技术发展现状
1．2．1深水双梯度钻井技术
在深水、超深水钻井叶中，由于破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，如果采用常规钻井技术易出现井漏、井涌、井塌、卡钻和涌漏同层等井下故障，采用双梯度钻井技术可以从根本上解决这些问题。双梯度钻井技术大体以海底泥线为分界线，在井筒和隔水管之间使用不同的压力梯度，从而扩宽井底压力和破裂压力之间的钻井液密度窗口，因此可以减少套管层次，进而有效实施钻进作业，节约材料，并大幅度缩短建井周期。目前主要通过两种方式实现双梯度钻井：一种是钻井液通过安置在海底的钻井泵和小直径返回管线回到钻井平台，在这种设计中，如果使用隔水管，则在隔水管内