【浅谈石油工程钻井技术的发展】 华东石油工程公司江苏钻井

　　摘 要：随着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，对钻井工程突出了更高的挑战，钻井技术的难度也越大。本文对深水的钻井设备、关键技术进行了阐述，对深水钻井领域发展具有重要的作用。
　　关键词：深水钻井；关键技术；发展
　　中图分类号：TD265.1 文献标识码：A
　　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占，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 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)548×108t，待发现天然气资源量7815×108m3，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，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4216×108 t油当量投产，2004年深水石油产量210×108 t，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(TLP)平台、半潜式(SEMIOFPS)平台、深吃水立柱式(SPAR)平台、浮式生产储油装置(FPSO)以及它们的组合。
　　3 深水钻井关键技术
　　3.1 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，只有采用常规锚链定位(额定作业水深不足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。
　　3.2 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。
　　3.3 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(DualGradi-entDrilling，简称DGD)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。
　　3.4 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(?覫914.4mm或0762mm)内下入钻具，利用导管柱和钻具(钻铤)的重量，边开泵冲洗边下人导管。