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。     

旋转导向钻井技术应用研究及其进展

旋转导向钻井技术随着油气田开发过程中人们对于钻井井眼轨迹的新要求应运而生。中国对该项技术的研究始于“九五”期间,到“十一五”期间便完成了旋转导向钻井系统工程化的研究,最终形成了一套旋转导向钻井工具系统。2009-2012年,在甘肃、四川、渤海油田等区域进行了20余次不同类型的井眼轨迹控制实钻试验,该系统已基本实现了地层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制、信号脉冲反馈及收发等4项功能,试验最大造斜能力为6.73°/30 m,达到了预期的目标和设计要求。在3大关键技术方面取得了突破：①从井下工具的测控原理到方法上取得了突破;②在定位总成的设计原理和技术上取得了突破;③在偏心稳定器获得尽可能大的侧向力的研究和设计上取得了突破。今后还将把工具的长期稳定运行和轨迹控制精度作为重点试验内容,以期尽快实现其在钻井工程中的实用化目标。     

海上救援井设计关键技术分析

随着中国海油挺进深水战略的实施,深水井必须具有完整的备用救援井方案,但国内尚没有海上救援井设计作业的相关规范指南及经验,因此需要对救援井设计、作业的关键技术进行研究与分析。在对比分析救援井和常规定向井区别的基础上,认为救援井设计的技术难点在于测距、连通及压井作业,开展救援井作业时机、救援井数量确定和井口位置选择等基本设计,救援井测距定位方案、连通方案、井眼轨迹设计及定向作业等中靶设计,以及救援井压井作业等关键技术分析,总结各关键技术的具体实施细则,可为海上救援井设计及作业提供参考与指导。本文部分研究成果已在南海LW21-1-1井等深水井的备用救援井方案设计中获得成功应用。     

深水钻井当量循环密度影响规律分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,当量循环密度(ECD)的预测和控制较难。针对南海深水井通过水力学分析软件进行ECD计算模拟,并对增压泵的影响进行了分析,揭示了深水钻井ECD的影响规律,为深水钻井水力参数设计和现场作业提供了依据。研究表明:深水钻井中,不仅要通过大排量和控制机械钻速来保持井眼清洁和控制ECD,还需要考虑温度对ECD的影响,尤其是在有增压泵的情况下,ECD随着增压泵排量的增大会逐渐增大。     

大位移井钻井技术研究与应用

20世纪90年代以来,国外大位移井钻井技术飞速发展。为了发展我国自己的核心钻井技术,在国家“863”项目的支助下,研究了一套以扭矩、摩阻为核心的集成钻井设计和施工监测软件,及一套正排量井下可变径稳定器和一套井下闭环可变径稳定器;在钻成6口水平位移近4000 m的大位移井的基础上,集成了一套实用的钻井技术。     

大位移井钻井技术研究及在渤海油田的应用

针对渤海油田钻4000m水平位移井遇到的技术难题,进行了摩阻扭矩预测及评价、井眼净化计算、井壁稳定计算,设计了软件集成平台,研制了可变径稳定器及井下闭环可变径同心稳定器,开发了用于大位移井的水基泥浆。这些技术及设备在渤海秦皇岛326等油田6口大位移井中应用,均取得了良好的效果。     

泥浆动力旋转导向钻井工具原理及压降计算

旋转导向钻井工具的动力来源主要有电池、泥浆动力、涡轮发电机。由中海油研究总院牵头研制的旋转导向钻井工具是以泥浆动力为导向动力来源,通过井底钻柱内外泥浆压差驱动3个导向翼肋的伸缩,控制钻头沿目标轨迹钻进。分析了流量、钻头喷嘴组合、泥浆性能等参数对该压差的影响。现场试验结果证明了理论计算的正确性,为研制该类工具提供了理论基础。     

浮力块对深水钻井隔水管主要性能的影响

采用ABAQUS软件对带浮力块的深水钻井隔水管的静态性能进行了分析,定量分析了浮力块直径和长度对隔水管的弯曲应力、横向变形、底部柔性接头转角和等效应力的影响;采用Shear7软件对裸隔水管、浮力块交错分布隔水管和全浮力块隔水管的涡激振动性能进行了分析,定量分析了不同浮力块分布方案下隔水管的固有频率、均方根位移、均方根应力响应以及疲劳损伤。通过增加浮力块的直径和长度增加隔水管的浮力,有助于改善隔水管的各种静态性能,降低对顶张力的要求,但是在下部安装浮力块对隔水管的悬挂、安装及回收不利,因此需要综合考虑。全浮力块分布方案会造成隔水管水动力外径增大,外部流体对隔水管的输入能量会大幅度提高,从而导致隔水管疲劳损伤进一步增加;浮力块交错分布方案可降低隔水管的疲劳损伤,但位移响应偏大;综合考虑推荐采取浮力块交错布置方案。     

深水双梯度钻井技术研究进展

深水双梯度钻井技术主要包括海底泵举升钻井液、无隔水管钻井、双密度钻井等,可以很好地解决深海钻井中的技术难题。目前已发展了多个双梯度钻井系统：Conoco公司和Hydril公司的海底钻井液举升钻井系统,Baker公司和Transocean公司的DeepVision钻井系统,Shdl的SSPS海底泵系统,AGRSubsea公司的RMR无隔水管钻井液回收系统,MTI公司的空心微球双梯度系统以及路易斯安那大学的隔水管气举、稀释系统。与常规钻井比较,双梯度钻井优势明显,它能以更低廉的成本、更短的建井时间、更安全的作业、更高的产量实现深水油气勘探开发,因此,双梯度钻井技术在中国深水油气开发中具有显著的优势和巨大的潜力。图4参30     

可控偏心器旋转导向钻井工具研制与现场试验

研制的可控偏心器旋转导向钻井工具主要由驱动轴,导向机构、定位总成、测控单元、轴承支撑系统等部分组成。该工具通过偏心执行机构——导向机构来实现井眼轨迹的控制。导向机构由3个互成120°角的翼肋及液缸组成,3个翼肋的伸出量在钻具的相应位置形成1个偏心位移矢量,使可控偏心器偏离井眼中心线,形成1个等效弯接头,通过调整3个翼肋的偏心位移矢量,可形成不同的工具面角和弯接头弯角。现场试验证明,该工具的工作原理可行,满足旋转导向钻井井眼轨迹的控制要求。