海洋深水钻井关键技术及设备

随着世界海洋油气资源勘探开发水深的不断增加,海况环境变得更加复杂,钻井难度越来越大,对钻井工程提出了更高的要求。针对深水钻井面临的难点,对喷射下导管技术、动态压井技术、双梯度钻井技术以及微流量控制钻井技术等深水钻井技术进行了阐述,分析了各自特点和适用性,为国内海洋钻井设计和施工进一步走向深水提供指导。     

喷射导管技术在深水钻井作业中的应用

深水油气日益成为海洋石油勘探开发的热点，但深水钻井作业面临着许多难题和挑战，喷射导管技术是解决深水浅层钻井难题的技术之一。该技术采用在喷射管柱内下动力钻具的方式，用钻入泥线以下的管串自身重力钻进，喷射到位后利用地层的粘附力和摩擦力稳固住导管，起出送入工具和管内钻具，完成导管的安装。喷射导管技术可避免因水泥浆密度过大而压破地层，也可避免深水由于低温等因素影响固井质量。我国第一口水深超千米的深水井——荔湾3-1-1井利用该技术成功完成了导管的安装，井口装置没有出现井口失稳的问题。随着我国深水勘探步伐的加快，越来越多的深水区块将投入勘探开发，喷射导管技术具有良好的应用前景。     

深水钻井技术装备现状及发展趋势

随着水深的不断增加,海洋环境及海底地质条件更为复杂,深水钻井工程面临着越来越多的挑战。为了应对这些挑战,全球对深水钻井技术研究的投资不断增加,深水钻井技术装备水平也在不断突破,深水钻井技术装备在石油工业中的地位越来越重要。通过跟踪调研国内外深水油气钻井技术及装备的发展,详细分析、阐述了深水钻井技术面临的挑战及目前国外该技术和关键装备的发展状况,介绍了我国目前深水钻井技术装备发展现状,并就我国加快深水油气勘探开发提出了一些探索性的观点和建议。      

中国海油“深海一号”大气田钻完井关键技术进展及展望

“深海一号”是我国首个自营深水大气田,海况复杂,气藏分散,其二期工程更是面临高温高压地质环境,钻完井技术与成本挑战巨大。为解决上述问题,研究了多维水下井口优选、多因素探井转开发井评价、深水大位移井安全钻井周期预测和深水气井智能完井等钻完井设计关键技术;研发了深水水下井口、深水水下采油树、深水早期溢流监测装置和多流道旁通筛管等工具装备,并成功投用;发展了深水开发井大规模表层批钻及井间移位、极端海况深水钻井平台–隔水管作业安全保障、非目的层段高效钻井提速、深水开发井上下部完井一体化等高效作业技术,有效支撑了“深海一号”大气田及其二期工程的安全高效钻完井作业。在总结上述钻完井关键技术进展的基础上,展望了未来我国深水钻完井技术发展方向,对未来深远海复杂油气田开发具有一定指导作用。     

北极深水钻井关键装备及发展展望

随着国际常规油气资源日渐枯竭和国际油价的日益攀升,越来越多的国家和石油公司开始关注北极地区储量丰富的油气资源。我国的冷深海钻井技术尚处于探索阶段,了解北极深海钻井技术进展,对推动我国海洋油气钻井技术进步、保障能源供给安全具有重要的意义。北极深水油气勘探面临海洋环境恶劣、后勤保障困难、生态环境脆弱等难题,使北极深水油气勘探困难重重。通过大量文献调研和技术跟踪,概述了国外北极深水钻井关键装备的主要进展,并从极地破冰船、供给船、钻井船、钻井平台、海冰控制系统、低温钻机等方面,对北极深水油气钻探的关键装备进行了介绍,对北极深水钻井技术的发展趋势进行了分析,提出了一些探索性的观点和建议。      

南海深水钻井井控技术难点及应对措施

深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。     

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，深水隔水管强度分析的三维有限元力学模型，考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点，引入了非线性理论，使计算结果更加符合实际情况。深水钻井隔水管一般要承受复杂的三维载荷，即波浪力和海流不在一个受力平面上。文章还针对深水钻井隔水管的实际受力情况，重点研究了海底暗流对钻井隔水管强度的影响。并对弯曲载荷分布规律进行了计算分析。研究表明，而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大。在这些弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。暗流对海洋深水钻井隔水管的弯曲强度产生显著的影响，在进行隔水管强度设计及现场钻井作业中，应特别考虑暗流的存在及其对隔水管强度的影响。     

深水钻井重大事故防控技术研究进展与展望北大核心CSCD

深水钻井具有水深大、离岸远、自然环境恶劣、人员设施集中、作业地层风险高等特点,因此钻井井控事故应急救援难度大。本文从普遍的井喷事故和南海特有的台风事故防控技术着手,重点阐述了井喷早期溢流智能预警技术、水下井口应急封堵技术、深水救援井技术及深水钻井防台策略和应对方案等技术研究进展。展望了我国深水钻井重大事故防控技术下一步研究方向,主要包括深水油气开采重大安全事故演化灾变机理研究、深水井喷智能预警技术研究、水下应急封井装置研制、深水救援井设计和作业技术体系建设、适合南海海况的新型防台应急技术及装备研究、深水油气开采事故应急救援平台搭建等方面。本文成果可为我国深水油气开采重大事故防控技术研究提供参考。     

深水海底泥浆举升钻井技术及其应用前景

为了解决深水钻井中遇到的问题，由Conoco公司领导的工业联合项目组研发了海底泥浆举升钻井（以下简称SMD）技术。采用该技术进行深水钻井时，隔水管内充满海水，泥浆用小直径管线从海底返回，在返回环空中形成两个压力梯度，实现双梯度控压钻井。文中着重介绍了SMD的理论依据、系统工作原理、系统关键设备以及SMD井控程序的HAZOP分析等。从技术适用性、经济性、装备以及可能存在的风险等方面对该技术在南中国海钻井中使用的可行性进行研究，并展望其应用前景。     

南海深水钻井完井主要挑战与对策

近年来,我国深水油气资源的勘探开发不断取得突破,"海洋石油981"半潜式钻井平台的建成更是将我国深水钻井装备提升到了世界先进水平行列,但是,与国外先进水平相比,我国深水钻井完井还存在缺乏作业经验、工艺及技术水平较低、基础理论研究薄弱等问题。在介绍我国南海深水钻井完井技术研究现状的基础上,分析了南海深水钻井完井面临的技术难点,针对我国南海特殊海洋环境、特殊地质条件及离岸距离远给钻井完井带来的特殊挑战,以安全高效钻井完井为聚焦点,给出了需要进一步攻关的一系列关键技术,并提出了发展建议,以期为我国深水钻井完井技术及理论的发展提供借鉴,最终实现我国南海深水油气资源的高效安全开发。      

深水深层井钻井关键技术发展与展望

随着海洋油气勘探开发的不断深入,深水深层井(简称双深井)已成为全球勘探开发热点。双深井比常规深水井面临更加复杂的井下地质环境、海洋环境,作业的风险更大。近年来,随着深水钻井作业的不断进步,当前已初步形成了一套双深井钻井关键技术,包括井身结构、控压钻井、钻井液体系、固井工艺、井控、水下井口、井筒完整性等7个方面。双深井钻井关键技术为加速海洋油气勘探开发提供了技术基础,成果已应用到南海X区块,取得了良好的效果。实践证明,当前双深井钻井关键技术已初步适应深水深层井的钻井作业需要,未来还需推进自动化、规模化、信息化、智能化钻井设备和工艺的研发,以保障双深井安全高效的作业。     

元坝气田超深酸性气藏钻完井关键技术

四川盆地元坝气田是近年来中石化发现的一个大型气田,是继普光气田之后天然气增储上产的又一个重点探区。元坝气田超深酸性气藏地质构造复杂,储层埋藏深,钻遇地层复杂,特别是陆相深部地层,属于高研磨性地层,机械钻速慢,钻井周期长。为此,经过多年的钻井实践和技术攻关,引进新工具、新技术,研制专用钻头,优化钻井设计,形成了针对该气藏的6项钻完井关键技术:(1)保证提速、安全完井作业的井身结构优化技术;(2)陆相上部地层气体钻井、陆相深部高研磨地层钻井提效技术体系;(3)气液转换、超深大斜度井及水平井润滑减阻、井壁稳定控制及防酸性气体污染技术等钻井液配套技术;(4)气体介质条件下固井、深井长封固段固井及超高压小间隙固井技术系列;(5)完善了以测量仪器、动力钻具优选及钻具组合设计等水平井井眼轨迹控制技术;(6)适合该气藏衬管完井方式和完井管柱优选技术。现场应用效果表明,系列关键技术有效地解决了机械钻速慢的难题,大幅度缩短了作业周期,实现了7 000 m井深水平井的提速提效的目标。     

提高四川深井超深井钻井速度的技术途径

四川地区地质条件复杂，深井超深井钻井速度低、完井要求高、勘探开发成本高，严重制约了深部地层油气勘探开发的进程。为此，对影响四川复杂地质条件下深井超深井钻井速度的主要技术难点进行了分析，并根据龙岗1井的成功经验和当前国内外钻井技术现状，提出了四川复杂地质条件深井超深井提高钻井速度的技术途径，包括浅中层沙溪庙组-须家河组层段采用气体钻井、中深层雷口坡组-长兴组层段采用复合钻井（螺杆钻具＋转盘配合PDC钻头）等新工艺、新技术与成熟技术配套应用的提速技术方案以及科学设计井身结构、配套应用新工艺、新技术和加强钻井装备配套等做法。     

大庆油田气体钻井配套技术及应用

针对深部地层机械钻速慢、中浅层"三低"储层开发动用难等问题,大庆油田开展了气体钻井配套技术研究及实践。通过配套湿度和注气参数等监测装备、判别水层、计算地层出水量、优化钻具组合及钻井参数、采用"内喷外侵"气液转换工艺,解决了地层出水引起的复杂情况、易发生井斜、井壁失稳等问题,形成了一套适用于大庆油田深层泥页岩地层的气体钻井配套技术,实现了在泥页岩地层出水情况下安全钻进。大庆油田27口深井应用该配套技术后,钻井速度提高4倍以上,钻井周期缩短15 d以上;8口中浅井应用该配套技术,在不采取压裂增产措施的情况下,单井产量提高2 t/d以上。这表明气体钻井技术是深层提速及中浅储层保护可行的技术,为大庆油田加快勘探开发进程提供了新的技术手段。      

大庆油田钻井完井技术新进展及发展建议

“十二五”期间,大庆油田针对深层火山岩砂砾岩、致密油水平井、特高含水油田调整井和超浅稠油水平井等钻完井技术难题,在复杂地层钻完井技术、随钻测量与控制技术、深井提速提效关键技术与工具、钻井液技术和固井技术等方面开展了技术攻关,钻完井技术能力和水平得到了长足的进步和发展,并形成了具有大庆油田特色的钻完井配套技术,基本满足了大庆油田钻井提速、提效和降本的技术需求。“十三五”期间,为了满足大庆油田深部气藏和“三低”油田经济有效勘探开发的需求,实现年产油气当量4 000×104 t持续稳产的战略目标,需在深部难钻地层、复杂区块调整井和非常规油气资源等3个领域以及前沿高端技术方面开展攻关研究,持续推进大庆油田钻完井技术的进步和发展,为大庆油田健康可持续发展提供钻完井技术保障。      

塔河油田深井穿盐膏层钻井液技术

深井盐膏层钻井施工风险极大,常会引起卡钻和套管损坏,影响安全钻井。通过对塔河油田深井盐膏层矿物组分、理化特征等进行综合分析,阐明井壁失稳的主要原因,为选择钻井液体系提供理论基础;对适应于该段的钻井液体系和现场维护处理技术进行了探索,提出了欠饱和盐水钻井液技术方案,并在T913井、TK827井、TK1106井进行了现场应用。结果表明,井下复杂大幅度降低,钻井周期大幅度缩短,经济效益较好。     

濮深15井钻井技术

主要介绍该井的井身结构设计、ＰＤＣ钻头的合理选型技术、不同井眼尺寸的打直打快技术、钻井液技术、保护油气层技术、越长封固段固井技术及高温高压固井技术等,对今后东濮凹陷深层气的进一步勘探具有一定的指导意义。     

高压水射流理论及其在石油工程中应用研究进展

近年来新型水射流理论研究及其在石油工程中的应用进展主要包括：①自激振荡射流调制机理研究，创制了新型高效自振空化射流，发明了自激振荡射流钻头，首创了自振旋转射流处理近井地层解堵增产增注技术和自激波动注水技术。②机械及水力联合破岩理论研究，揭示了在钻井压入与旋转双向应力作用下，岩石裂纹形成和发展规律，建立了联合破岩钻头设计理论。③旋转射流理论和破岩机理研究，研制了径向水平钻井技术。①磨料射流特性和参数影响规律研究，优化了水力喷砂射孔参数设计，发展和完善了水力喷砂射孔技术。⑤高压水射液深穿透水力射孔及辅助压裂可行性研究，不仅可以提高射孔和压裂效率，而且为油田(特别是低渗透油藏)增产增注提供了一种有效方法。⑥双射流理论及其特性研究，双射流有利于形成大而深的破岩孔道，避免孔眼凸底的形成。可以提高射流破岩钻孔效率。⑦探索超高压射流辅助破岩理论及辅助钻井新方法，建立了超高压射流辅助破岩的三维PDC钻头模型。参18     

松辽盆地北部深层天然气勘探钻井完井保护技术

通过对松辽盆地深层勘探钻井完井技术的简要回顾，指出保护储层的钻井、完井技术所经历的“采用优质钻井完井液体系，实现对储层的保护；使用低密度钻井液提高钻井速度，近平衡钻井对储层的发现与保护和采用欠平衡钻井工艺技术，发现与保护储层”3个阶段分别满足深层勘探就钻井完井过程中保护储层的技术要求。针对深层储层物性和钻井技术条件，研究了储层潜在损害方式和损害程度，分析了各个阶段钻井完井过程中保护技术的作用原理、应用情况与取得的效果。实践表明，保护储层应以勘探发现程度需求为依据，兼顾资料需求和勘探钻井投资，选择相应的保护储层类别。建议加强松辽盆地北部深层天然气勘探钻井、完井过程对储层的保护，探索进一步开展充气、泡沫、雾化、空气等气体钻井技术的研究与应用，使储层发现与保护技术得到一个质的飞跃。