深水钻井技术

1. 深水钻井技术 湖北汉科新技术股份有限公司

2. 目 前 状 况 当现有的石油储量开采比例不断增加，勘探新的石油资源就迫在眉睫。海洋深处是石油开发的宝域，近年来，世界许多国家都开始进行深水钻井方面的研究。 目前，世界上深水钻井最活跃的地区是：墨西哥湾、西非和巴西。到目前为止，在水深达到1800米处进行石油开采已经是可以实现的。

3. 深水钻井的概念 深水钻井，一般是指海上作业水深超过900米，工业上常用深水和极端水深来区别。极端水深指大于1500米的水深。

4. 深水钻井的主要问题 • 海底页岩的稳定性 • 钻井液用量大 • 浅水流动 • 井眼清洗 • 浅层气与气体水合物 • 温度过低

5. 一、海底页岩的稳定性 由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，海底页岩的活性很大。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。 在挪威的海上钻井的泥浆体系 ，少量的氯化钙和浊点甘油被用于增强页岩的稳定性。

6. 二、钻井液用量大 在深水环境下钻井作业需要很大量的钻井液，一般隔水管体积就高达1000桶，再加上平台钻井液系统，以及由于井眼直径大，为了钻达设计井深，一般下入的套管也多，因此需要的钻井液体积就要比其他同样深度但钻井条件不同的泥浆循环总量要大。 使用有效的固控设备，把钻井液中的钻屑含量控制在适当的范围内，可以节省大量的钻井液费用。深水钻井时至少应该配备三台高频振动筛，大流量除砂器、除泥器、泥浆清净器和离心机等固控设备。

7. 三、浅水流动 深水钻井在海底以下90~2100米深度内，有可能发生浅水流动(SWF)。据报道浅水流动是钻井复杂的原因，主要表现为钻井、下套管及注水泥出现困难。在墨西哥湾的80口深水井中（水深超过600米），60%以上的井都有过不同程度的浅水流。最糟糕的情况下油井不得不报废。 在钻井过程中如果发现这个问题，建议下套管到砂岩层顶面，然后在注水泥之前用干净液体封隔。浅水流动问题是在深水固井作业中所遇到的最主要的问题之一。

8. 四、井眼清洗 只要钻井液流速足够高，就可以清洗任何尺寸的井眼。但是，在深水钻井时，开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大，钻井设备所能提供的泥浆流速不足以达到清洗井眼的目的。因此，必须对泥浆清洗井眼的能力加以测量。 常用的方法： • 稠浆清洗、稀浆清洗 • 联合清洗 • 增加低剪切速率粘度（LSRV）

9. 稠浆清洗、稀浆清洗 在斜井、冲塌井段或是大环空井段，就可以用两种浆。首先用稀浆把岩屑从斜井井身或冲塌处/大井径井段处清除，随之用稠泥浆把岩屑带出井口。 如此操作就要求泥浆泵必须具有足够的泵排量，最少要有三台泥浆泵，两台用于井眼内，一台用于隔水管内。

10. 联合清洗 为了清除隔水管中的岩屑，必须启用隔水管泵补充泥浆以增加隔水管段泥浆的流速。但只用隔水管泵仍然不能防止岩屑堆积在隔水管中，特别是用稠浆或是稀浆清洗井眼，把钻屑推到隔水管段时更是如此。如果采用联合清洗法清洗井眼，岩屑就不容易在隔水管段沉积。 所谓的联合清洗法就是先通过钻杆向环空泵入一半的清洗泥浆，等这部分清洗泥浆上返到隔水管段时，再将另一半清洗泥浆送到隔水管底部，联合前一部分清洗泥浆共同工作。 采用这种清洗方法可以增加岩屑含量高的泥浆清洗效率。流速增大，有助于清洗隔水管。

11. 增加低剪切速率粘度 增加泥浆在低剪切速率下的有效粘度有助于提高岩屑的传输能力。如果无法调节泥浆在低剪切速率下的有效粘度，就要改善和调整泥浆的屈服值，凝胶强度和n值，以充分满足井眼净化的需要。 这种方法对产生平流流型以提高环空岩屑传输极为有效。但是，这样做会使钻井液的当量循环密度增加，这对泥浆循环总量很大的深水钻井来说，泥浆的成本将会大幅度到增加。

12. 五、浅层气与气体水合物 深水钻井遇到的主要问题之一是含气砂岩。一般在泥浆管线中发现生物气（沼气）并不算大问题。但是，如果在比较深的地方发现含气砂岩就会引起大问题。 气体水合物类似冰的结构，由气体分子和水分子组成，外观上看象脏冰，但是它在性质上又不象冰，如果压力足够，那么它可以在零摄氏度以上形成。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增加了生成气体水合物的可能性，而一旦形成气体水合物，就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器（BOP）等。

13. 气体水合物形成的原因 主要原因 • 气体中夹有温度达到或低于水露点的自由水； • 低温； • 高压。 次要原因 • 高流速； • 压力波动； • 各种搅拌； • 混入小块水合物晶体。

14. 抑制气体水合物的方法 为了防止深水钻井作业中形成气体水合物，已经采取了一些严格的措施。在钻井作业时使用含盐20%的钻井液可以使形成的气体水合物的温度比用淡水钻井液时低25~28℉。 为了使钻机拆卸时形成的气体水合物的温度进一步降低，可以在海底防喷器里放置一些特制小球。小球含有一定量的水合物抑制剂。通过这些措施，就使出现气体水合物的温度总共降低了35~43℉。

15. 气体水合物抑制剂的特性 • 在水合物抑制作用最大的前提下，尽可能使密度最小 • 与最常用的钻井液具有相容性

16. 六、温度过低 随着水的深度的加大，钻井环境的温度也将越来越低，由此会带来给钻井以及采油作业带来很多问题。目前主要是通过在管汇外加有绝缘层，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。

17. 用于深水钻井的钻井液体系 为这种特殊环境下的钻井作业所设计的钻井液体系，必须解决以下几个问题： • 抑制气体水合物的产生； • 能够有效地清洗大直径井眼（且常为斜井）； • 稳定弱胶结地层； • 抑制页岩造浆； • 满足环保要求。

18. 目前常用的钻井液体系 • 高盐/PHPA（部分水解聚丙烯酰胺）聚合物钻井液体系 • 油基钻井液体系 • 合成基钻井液体系

19. 高盐/PHPA聚合物钻井液体系 高盐/PHPA聚合物钻井液体系在pH值为中性时抑制岩屑效果最好，对从淡水到饱和盐水的各种水质均有效，实际上在高盐环境下效果最好。 使用这种20%高盐PHPA钻井液体系时可以不用添加气体水合物抑制剂。不过，如果为了更好地抑制水合物，气体水合物抑制剂也可以添加到这种钻井液体系中。维持pH呈中性，可以减少OH对页岩的分散作用，而钻井液的结构粘度又可以减少对井眼的水力冲蚀。

20. 合成基钻井液体系 在墨西哥海湾深水地区小井眼侧钻超深井中，成功地应用了合成基钻井液体系。 这种钻井液体系的综合性能要优于水基钻井液体系、油包水钻井液体系。典型的水基钻井液体系的塑性粘度、热膨胀和压缩性比常规的原油和合成基钻井液体系低，这导致当量循环密度（ECD）降低，同时也增加了对小井眼钻具拉力及扭矩的限制。对于柴油基油包水钻井液体系，由于其比矿物油或合成基钻井液体系更易于压缩，所以也不适合深水钻井作业。而矿物油钻井液体系，虽然为保证零排放和零处理而增加的每桶费用要比使用合成基体系的低，但是当停钻时，驱替留在井眼里的矿物油基钻井液体系而造成污染的风险是不可接受的。

21. 前景展望 水深是海洋石油开发的第一指标，所以深水钻井作业具有很大的挑战性，并且费用极高，但这一领域有着广阔的经济前景。因此，对于进行深水钻井作业的新手来说，要加强对其它地区深水钻井作业经验的学习。

22. 汇报完毕 谢谢！