趙洪山,劉新華,白立業(yè)

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院,山東 東營 257017)

深水海洋石油鉆井裝備發(fā)展現(xiàn)狀

趙洪山,劉新華,白立業(yè)

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院,山東 東營 257017)

為加快我國深海油氣開發(fā)的步伐,有必要深入調(diào)研和跟蹤國外深水油氣勘探的動態(tài)和成功經(jīng)驗,了解國外深水海洋石油鉆井裝備的結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)狀和技術(shù)水平。對國外深水半潛式平臺和鉆井船的特點、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,深水平臺鉆機和隔水管系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)水平,以及深水鉆井防噴器系統(tǒng)的工作特點及應(yīng)用情況做了介紹,對我國深水鉆井領(lǐng)域的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

深水鉆井;半潛式平臺;雙井架鉆機;隔水管系統(tǒng);水上防噴器

Abstract:In order to quicken the step of deepwater hydrocarbon exploitation in our country,it is necessary to make thorough investigation andstudy the behavior and successful experience in deepwater drilling abroad,and to get information on structural features,development situation and technical levelof deepwater petroleumdrilling equipment abroad. The structure features,development situation and application of semi-submersible platfor m,drillingvessel,rig,riser system and surface BOP for deepwater drilling are discussed,which can play an important rolein the deepwaterdrilling development of our country.

Key words:drilling in deep water;semi-submersible platform;dual derrick rig;riser system;surface BOP

當(dāng)今世界油氣儲量迅速遞減,陸上石油資源緊缺問題日漸突出,而占地球面積 70%以上的海洋,預(yù)計油氣儲量相當(dāng)可觀。據(jù)估計,全世界未發(fā)現(xiàn)的海上油氣儲量有 90%是在水深超過 1 000 m以下的地層中。我國深水海域也十分廣闊,蘊藏著豐富的油氣資源,但是目前我國的深水鉆探開發(fā)仍處于起步階段,深水鉆完井技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比存在很大差距,在很多方面缺乏自主的關(guān)鍵技術(shù),已成為我國深水油氣勘探開發(fā)的瓶頸[1-3]。因此,有必要深入調(diào)研和跟蹤國外深水油氣勘探的動態(tài)和成功經(jīng)驗,了解國外深水海洋石油鉆井裝備的結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)狀和技術(shù)水平。

1 深水半潛式鉆井平臺

隨著陸地資源的日益枯竭,石油天然氣開采已經(jīng)逐漸由陸地轉(zhuǎn)移到海洋,坐底式平臺、重力式平臺、導(dǎo)管架平臺、自升式平臺等主要作業(yè)于淺海區(qū)域,隨著油氣勘探開發(fā)日益向深海推進(jìn),張力腿平臺也顯示出其局限性,鉆井船和半潛式平臺成為主要選擇,然而半潛式鉆井平臺由于具有極強的抗風(fēng)浪能力、優(yōu)良的運動性能、巨大的甲板面積和裝載容量、高效的作業(yè)效率等特點,在深海能源開采中具有其他型式平臺無法比擬的優(yōu)勢[4-5]。

1.1 結(jié)構(gòu)和運動特點

半潛式鉆井平臺上部為工作甲板,下部為 2個下船體,用支撐立柱連接,如圖1所示。工作時下船體潛入水中,甲板處于水上安全高度,水線面積小,波浪影響小,穩(wěn)定性好、支持力強、工作水深大,新發(fā)展的動力定位技術(shù)用于半潛式平臺后,到 21世紀(jì)初,工作水深可達(dá) 3 000 m,同時勘探深度也相應(yīng)提高到 9 000～12 000 m。據(jù) Rigzone網(wǎng)站截至 2006-07初的統(tǒng)計,全球現(xiàn)有 165座半潛式鉆井平臺,其中額定作業(yè)水深超過 500 m的深水半潛式鉆井平臺有 103座,占總數(shù)的 62%。

圖1 半潛式鉆井平臺

與固定式平臺不同,半潛式平臺在工作時漂浮于海面,因而可以不受作業(yè)水深的限制,適用于各種水深的海域。在半潛作業(yè)時,平臺一直處于運動狀態(tài)。與鉆井船相比,半潛式平臺由于大部分排水量都集中在水下較深處,這使得平臺整體受波浪的影響較弱,在波浪中的運動響應(yīng)較小,能夠適應(yīng)大多數(shù)的海洋環(huán)境,與鉆井船相比有更好的運動特性。在作業(yè)海況下,半潛式平臺的升沉≤1.0～1.5 m,水平位移不大于水深的 5%～6%,平臺的縱傾角不大于±(2°～3°)。平臺的這種運動是在鉆井作業(yè)所允許的最大運動幅度之內(nèi),因而能很好地滿足海上作業(yè)要求。

1.2 技術(shù)現(xiàn)狀

在用深水半潛式鉆井平臺主要是在美國墨西哥灣、巴西、北海、西非、澳大利亞和墨西哥海域作業(yè)。為適應(yīng)向深水和深井找油的需求,近年來運用綜合高科技,國外設(shè)計建造了工作水深超過 3 810 m(12 500 ft)、鉆深達(dá)到 12 190 m(40 000 ft)、鉆機絞車功率增至 5 292 kW(7 200 hp)的第 6代海上半潛式鉆井平臺。

第 6代半潛式鉆井平臺的作業(yè)水深已達(dá) 2 550～3 600 m,多數(shù)為 3 048 m,鉆深大于 9 144 m(30 000 ft),采用動力定位,船體結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化,可變載荷更大,配備自動排管等高效作業(yè)設(shè)備,能適應(yīng)極其惡劣的海洋環(huán)境。第 6代平臺比以前鉆井平臺更先進(jìn)的設(shè)計在于采用了雙井口作業(yè)方式,即該平臺鉆機具有雙井架、雙井口、雙提升系統(tǒng)等。主井口用于正常的鉆進(jìn)工作,輔助井口主要完成組裝、拆卸鉆桿及下放、回收水下器具等離線作業(yè),雖然平臺的投資有所增加,但是對于深海鉆井作業(yè)效率的提高是顯著的。據(jù)相關(guān)資料介紹,雙井口鉆井作業(yè)在不同的作業(yè)工況下可以節(jié)省 21%～70%的時間。隨著作業(yè)水深的逐漸加大,半潛式鉆井平臺鉆機能力也逐漸加大,需要的絞車、泥漿泵、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤能力均相應(yīng)提高。目前,半潛式鉆井平臺頂驅(qū)以美國國民油井 Varco公司、加拿大 Canrig以及Mati me Hydraulics公司的產(chǎn)品為主,僅就技術(shù)和使用情況來說,Varco公司一直處于行業(yè)的領(lǐng)先地位,泥漿泵主要生產(chǎn)廠家為 NOV、Wirth、Lewco,絞車主要生產(chǎn)廠家為 NOV、Emsco、Wirth。

2009-04,中國海洋石油總公司投資建造的我國首座 3 000 m超深水的第 6代半潛式鉆井平臺在上海外高橋船廠進(jìn)塢鋪底,該平臺預(yù)計 2010-10建造完成,作為中國人走向深海的利器,可以極大地提升中國在深水油氣田勘探開發(fā)的能力,加快我國南海深水油氣資源勘探開發(fā)的步伐。

1.3 發(fā)展趨勢

a) 工作水深顯著增加 2002年末現(xiàn)有和在建的 175艘半潛式平臺中,31艘工作水深超過1 829 m(6 000 ft),16艘工作水深超過 2 286 m(7 500 ft),其中 IHI-RBF Exploration、Deepwater Horizon、Eirik Raude(Bingo 9000系列)工作水深達(dá) 3 048 m(10 000 ft)。未來 20 a內(nèi),工作水深達(dá) 4 000～5 000 m的半潛式平臺有望出現(xiàn)[6]。

b) 適應(yīng)更惡劣海域 半潛式平臺僅少數(shù)立柱暴露在波浪環(huán)境中,抗風(fēng)暴能力強,穩(wěn)定性等安全性能良好。大部分深海半潛式平臺能生存于百年一遇的海況條件,適應(yīng)風(fēng)速達(dá) 100～120 kn,波高達(dá)16～32 m,流速達(dá) 2～4 kn。隨著動力配置能力的增大和動力定位技術(shù)的新發(fā)展,半潛式平臺進(jìn)一步適應(yīng)更深海域的惡劣海況,甚至可望達(dá)全球全天候的工作能力。

c) 可變載荷增大 采用先進(jìn)的材料和優(yōu)良的設(shè)計,半潛式平臺自重相對減輕,可變載荷不斷增大,以適應(yīng)更大的工作水深和鉆深。平臺可變載荷與總排水量的比值,南海 2號為 0.127,Sedco602型為 0.15,DSS20型為 0.175,新型半潛平臺將超過0.2。甲板可變載荷 (包含立柱內(nèi))將達(dá)萬噸,平臺自持能力增強。同時甲板空間增大,鉆井等作業(yè)安全可靠性提高。

d) 外形結(jié)構(gòu)簡化 半潛式平臺外形結(jié)構(gòu)趨于簡化,立柱和撐桿節(jié)點的型式簡化、數(shù)目減少。立柱從早期的 8立柱、6立柱、5立柱等發(fā)展為 6立柱、4立柱,現(xiàn)多為圓立柱或者圓角方立柱。斜撐數(shù)目從 14～20根大幅降低,甚至減為 2～4根橫撐,并最終取消各種形式的撐桿和節(jié)點。下浮體趨向采用簡單箱形,平臺甲板主體也為規(guī)則箱形結(jié)構(gòu),且甲板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)層高 1～2 m的雙層底。

e) 采用高強度鋼 采用強度高、韌性好、可焊性好的高強度和甚高強度鋼,以減輕平臺鋼結(jié)構(gòu)自重,提高可變載荷與平臺鋼結(jié)構(gòu)自重比,提高總排水量與平臺鋼結(jié)構(gòu)自重比。例如,平臺總排水量與鋼結(jié)構(gòu)自重的比值,DSS 20型為 2.82,PETROBASXⅧ為 3.6,新型半潛平臺將超過 4.0。

f) 裝備先進(jìn)化 深海半潛式平臺裝備了新一代的鉆井設(shè)備、動力定位設(shè)備和電力設(shè)備,監(jiān)測報警、救生消防、通訊聯(lián)絡(luò)等設(shè)備及輔助設(shè)施和居住條件也在增強與改善,平臺鉆井作業(yè)的自動化、效率、安全性和舒適性等都有顯著提高。

2 深水鉆井船

鉆井船是移動式鉆井裝置中機動性最好的一種,如圖2。其移動靈活,停泊簡單,適用水深范圍大,特別適于深海水域的鉆井作業(yè)[7]。鉆井船主要由船體和定位設(shè)備 2部分組成。船體用于安裝鉆井和航行動力設(shè)備,并為工作人員提供工作和生活場所。在鉆井船上設(shè)有升沉補償裝置、減搖設(shè)備、自動動力定位系統(tǒng)等多種措施來保持船體定位。自動動力定位是目前較先進(jìn)的一種保持船位的方法,可直接采用推進(jìn)器及時調(diào)整船位。全球現(xiàn)有 45艘鉆井船,其中額定作業(yè)水深超過 500 m的深水鉆井船有40艘,占總數(shù)的 88.9%。

鉆井船主要活躍在巴西海域、美國墨西哥灣和西非海域。2006-07,正在鉆井的 26艘深水鉆井船分布在 8個國家。其中巴西 8艘,占 1/3;其次是美國,有 6艘;安哥拉、印度和尼日利亞分別有 4艘、3艘和 2艘;中國、馬來西亞和挪威各 1艘。

圖2 深水鉆井船

當(dāng)前世界上大型、先進(jìn)的石油鉆井船中具有代表性的有:

a) 由西班牙 Astano船廠于 2000年建成的Discoverer Spirit號鉆井船。該船配備鉆井雙作業(yè)系統(tǒng),鉆井工作水深為 3 048 m(10 000 ft),鉆井深度為 10 668 m(35 000 ft)。另外,Transocean公司的Discoverer Enterprise和 Discoverer Deep Seas均配備鉆井雙作業(yè)系統(tǒng),配有雙套 Emsco EH V 5 000 hp鉆機,鉆深 10 668 m(35 000 ft),其工作水深分別為2 590 m(8 500 ft)和 2 438 m(8 000 ft),后均升級至3 048 m(10 000 ft)。

b) 由韓國三星船廠于 2000-03建成的Belford Dolphin號 ,船長 201 m(660 ft),寬 40 m(131 ft),型深 19.5 m(64 ft);工作水深 3 048 m(10 000 ft),鉆深 11 278 m;可變載荷 226 800 kN,(25 000 st);鉆機主絞車為 Hitec 4 851 kw(6 600 hp)。

c) GLOMAR CR.LU IGS號鉆井船。其工作水深為 3 658 m(12 000 ft),鉆深為 10 668 m(35 000 ft)。

今后鉆井船的主要發(fā)展特點是:

a) 設(shè)計工作水深將明顯增加,預(yù)計在未來20 a內(nèi),鉆井船的目標(biāo)水深將達(dá) 4 000～5 000 m(13 120～16 400 ft)。

b) 裝備先進(jìn)的、高精度的大功率動力定位系統(tǒng)(DPS-3)。

c) 裝備大功率超深井鉆機,目標(biāo)鉆井深度在10 668 m(35 000 ft)以上。預(yù)計在未來 20 a內(nèi),鉆井船的鉆井深度能力將突破 15 000 m。

d) 采用甚高強度鋼和優(yōu)良的船型及結(jié)構(gòu)設(shè)計,將總排水量與船總用鋼量的比值進(jìn)一步提高;船具有良好的安全性、抗風(fēng)暴能力,全球、全天候的工作能力和自持能力長。

3 深水平臺鉆機

目前,深水平臺鉆機的作業(yè)水深已達(dá) 3 658 m(12 000 ft),最大鉆深 12 192 m(40 000 ft)。隨著海洋石油作業(yè)深度的加大,深水平臺鉆機的配置也不斷提高。Transocean海洋鉆探公司根據(jù)其豐富的海洋鉆井經(jīng)驗,于 20世紀(jì) 90年代提出一個井架內(nèi)配備 2個鉆井系統(tǒng)的理念,后來發(fā)展成雙井架鉆井技術(shù)。近年來,雙井架鉆機技術(shù)日趨完善,在超深水鉆井中體現(xiàn)了其高效性,目前在建的平臺和鉆井船大多都采用雙井架鉆機技術(shù)。

從目前超深水鉆井平臺來看,雙井架的形式主要有 2種[7],即塔形和 A形井架。塔形雙井架使用的是電驅(qū)鉆機系統(tǒng),A形雙井架使用的是全液壓驅(qū)動的鉆機系統(tǒng)。

3.1 A形雙井架鉆機

A形雙井架鉆機即全液壓雙井架鉆機,主要生產(chǎn)商是致力于液壓鉆機發(fā)展的Maritime Hydraulics公司。這種無絞車、液缸升降型鉆機于 1996年開發(fā),研制出的 Ram Rig鉆機已基本形成系列,大鉤載荷 1 500～10 000 kN。全液壓驅(qū)動雙井架鉆機首先在WestNavion鉆井船上配備使用,鉆井船工作水深2 438 m、鉆深 10 060 m。經(jīng)過這些年的發(fā)展,全液壓驅(qū)動雙鉆機技術(shù)已經(jīng)成熟,在超深水半潛式鉆井平臺和鉆井船上有相當(dāng)數(shù)量的鉆機安裝使用。圖3為A形雙井架平臺。

圖3 West PhoenixA形雙井架平臺

與常規(guī)鉆機相比,Ram Rig液壓鉆機絞車和提升系統(tǒng)方案簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、成本低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn);可完成鉆井、起下鉆、下套管或修井等作業(yè),動力消耗較小?，F(xiàn)場試驗和鉆井實踐表明,Ram Rig鉆機可提高鉆井效率 15%～20%;省去龐大的絞車和鉆柱運動補償器,大大降低了鉆機質(zhì)量和制造成本;可與全液壓頂部驅(qū)動、鐵鉆工、自動排放鉆具、液壓機械手和天車型液壓鉆柱運動補償器組合,完成全部鉆井工藝過程的自動化操作。

目前使用A形雙井架的平臺和鉆井船服役的有 11座,在建的有 12座。

3.2 塔形雙井架鉆機

Transocean公司主要采用塔形雙井架,1998年在堪稱世界最先進(jìn)、最大的鉆井船 Discoverer Enterprise上首先配備了塔形雙井架。該船外形尺寸為254.5 m ×38.1 m ×18.9 m(長 ×寬 ×高 ),可變載荷 1.96×105kN,設(shè)計作業(yè)水深 3 048 m,鉆深10 668 m。船上配備的雙井架高 68.9 m、長 24.4 m、寬 24.4 m,采用 2套同類型鉆機和相應(yīng)設(shè)備,以及 4臺驅(qū)動功率 1.64 MW的 Nat′114-P-220型鉆井泵,鉆井船采用最新的 DPS-903DP型動力定位系統(tǒng),總功率為 6×5.22 MW。

為了實施雙井架鉆井,其主要的鉆井設(shè)備為井架內(nèi)配備的 2套鉆機系統(tǒng),主鉆機大鉤載荷 8 894 kN,輔助鉆機 3 962 kN;還有 2套管子輸送裝置及管子處理裝置。圖4為塔形雙井架平臺。

圖4 塔形雙井架平臺

目前使用塔形雙井架的鈷機和鉆井平臺服役的有 9座,在建的有 19座。

3.3 雙井架鉆機鉆井過程

現(xiàn)以Discoverer Enterprise鉆井船為例說明雙井架鉆井如何實施作業(yè)。鉆井船上有 2個獨立的鉆井中心,分為前后 2個作業(yè)區(qū)。主鉆機為前作業(yè)區(qū),輔助鉆機為后作業(yè)區(qū)。

由于井深、地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜和油層壓力大,油井應(yīng)該有導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管和油層套管 4層。雙井架鉆機進(jìn)行單井鉆井作業(yè)的基本步驟如下:

a) 鉆井船就位,鉆前準(zhǔn)備,主鉆機下井口盤。

b) 輔助鉆機鉆進(jìn),完成井口導(dǎo)管段。

c) 輔助鉆機下導(dǎo)管。

d) 主鉆機處進(jìn)行隔水管柱組裝。與步驟(b)、(c)同時進(jìn)行,并與步驟 (c)同時完成。

e) 鉆井船移位,使主鉆機位于井口上方,安裝隔水管。

f) 主鉆機鉆表層,同時輔助鉆機進(jìn)行鉆桿 /套管立根和底部鉆具總成組裝,為主鉆機做準(zhǔn)備。

g) 主鉆機下表層套管、固井,同時輔助鉆機進(jìn)行 BOP的安裝測試,并下放。

h) 鉆井船移回,使輔助鉆機位于井口上方,安裝BOP,然后鉆井船移回,完成隔水管和 BOP的連接。

i) 主鉆機鉆技術(shù)套管段,輔助鉆機作業(yè)同步驟(f)。

j) 主鉆機下技術(shù)套管、固井。

k) 主鉆機鉆油層、下油層套管,輔助鉆機完成采油樹安裝測試并下放。

l) 安裝采油樹,完井、試油。

以上所述步驟只是典型的鉆井過程,具體鉆井過程可根據(jù)實際情況而定。

3.4 特點分析

由以上鉆井過程可知,雙井架鉆機具有協(xié)同和并行作業(yè)的特點。在深海鉆井作業(yè)過程中,大部分時間是用于組裝、拆卸鉆桿及下放、回收水下器具等作業(yè)。通過雙聯(lián)井架并結(jié)合 2套提升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及鉆井液循環(huán)系統(tǒng),可實現(xiàn)主、輔雙井口作業(yè)方式,將一些準(zhǔn)備工作與正常鉆井同步進(jìn)行,大大提高鉆井效率。雖然雙聯(lián)井架系統(tǒng)增加了深水鉆機的成本,但是其對鉆井效率的提高是非常顯著的。例如,美國雙聯(lián)井架鉆井船Discover Spirit在Aconcagua海洋氣田鉆探時大約節(jié)省了 25%的作業(yè)時間,為鉆井公司創(chuàng)造了巨額利潤。目前,雙聯(lián)井架技術(shù)已成為新型高性能深水鉆機的典型標(biāo)志。

4 深水鉆井隔水管

鉆井隔水管作為井口與平臺之間的重要部件,其主要功能是隔離海水、引導(dǎo)鉆具、循環(huán)鉆井液、起下海底防噴器組、系附壓井、放噴、增壓管線、補償鉆井船的升沉運動等,在勘探和鉆采平臺、浮式鉆井船上得到了廣泛應(yīng)用。

目前,已經(jīng)有幾家公司開發(fā)出了新型的深水鉆井隔水管[9]。

a) ABB Vetcogray公司 該公司開發(fā)的快速連接隔水管,采用的是MR-6E隔水管接頭及專用液壓上緊裝置,使得操作人員不需要手動對接,就能上扣及夾緊隔水管,故能夠?qū)崿F(xiàn)快速對接、上扣及夾緊,顯著提高了下隔水管的速度,提高了鉆井效率,節(jié)約了鉆井成本。由于隔水管材料采用的是輕質(zhì)合金,因此不需要提高現(xiàn)有鉆井船的承載能力,就能在更深的水域進(jìn)行作業(yè)。

b) 俄羅斯 ZAO公司 該公司采用鋁合金(主要成分為 Al-Zn-Mg和 Al-Zn-Mg-Cu)作為隔水管材料,在滿足強度要求的條件下,鋁合金隔水管比鋼制隔水管更輕,在平臺承載能力保持不變的情況下,能夠在更大水深的海域鉆井。但是,ZAO公司隔水管采用的是法蘭連接,下隔水管時效低,不能有效提高鉆井效率。

c) 法國 IFP和 Framatome公司 從 20世紀(jì)80年代起,法國石油研究院 (IFP)和 Framatome公司就在開發(fā) CLIP隔水管。開發(fā) CLIP隔水管的主要目的是為了提供快速和安全連接的隔水管接頭,滿足大直徑、超深水鉆井所需的高壓力壓井和節(jié)流管線的連接需要。目前,已經(jīng)為 Pride International公司制造了 2套系統(tǒng),Pride International公司已經(jīng)在Pride Africa和 Pride Angola鉆井船上使用。

CLIP隔水管的主要特點是隔水管接頭可快速上扣,不需要螺栓、螺紋或預(yù)加載操作,能夠顯著提高下隔水管效率,縮短鉆井時間,節(jié)約鉆井成本。

d) Cameron公司 該公司開發(fā)的 LoadKing型法蘭隔水管系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)的鋼制法蘭式連接隔水管系統(tǒng)。由于采用法蘭式連接,隔水管系統(tǒng)連接強度大,所以主要用來滿足水深在 3 048 m(10 000 ft)或以上的超深水鉆井的需求。該系統(tǒng)包括鉆井隔水管、張力環(huán)以及承載 18 144 kN(4×106lb)載荷等級的伸縮接頭鎖緊系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以和最高載荷等級的工業(yè)應(yīng)用的卡盤、萬向節(jié)和送入工具配套使用。

e) 各家公司隔水管對比 以上幾家公司生產(chǎn)的深水鉆井隔水管系統(tǒng)在設(shè)計、規(guī)格、材料以及其他方面都有諸多不同,對比如表1。從表1中可以看出,ABB Vetcogray公司的隔水管在主要性能上均優(yōu)于其他公司隔水管,這也代表了未來隔水管技術(shù)的發(fā)展方向。

表1 各家公司隔水管對比

5 深水鉆井防噴器系統(tǒng)

深水防噴器組是深水鉆井作業(yè)安全的重要保障,由于深水鉆井作業(yè)環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性,深水防噴器組的配置考慮因素和性能要求與陸地和淺水防噴器組相比有很大不同。

深水井鉆井作業(yè)一般使用第 5代鉆井平臺(船)、常規(guī)隔水管和水下防噴器系統(tǒng),作業(yè)費用昂貴。20世紀(jì) 90年代末,業(yè)界提出使用水上防噴器(SBOP)、小直徑高壓隔水管和水下斷開系統(tǒng)進(jìn)行深水鉆井作業(yè)。由于小直徑高壓隔水管質(zhì)量和體積都大大減小,降低了對鉆井平臺性能的要求,這就可以用第 3或第 4代鉆井平臺作業(yè),其作業(yè)日費可降低50%～60%。國外采用 SBOP技術(shù)完成了某些深水井的鉆井作業(yè),并對其設(shè)備制造規(guī)范、風(fēng)險管理、井控等方面進(jìn)行了研究。

5.1 深水水上防噴器系統(tǒng)

SBOP最初主要應(yīng)用于淺水,隔水管直接下入泥線以下,并作為井的表層套管。當(dāng) SBOP技術(shù)應(yīng)用于深水鉆井作業(yè)時,由于深水海洋環(huán)境比較惡劣,且發(fā)生淺層氣的危險較大,必須在水下井口以上加入水下斷開系統(tǒng)(SDS)。SDS一般由應(yīng)急脫開裝置和 2個剪切閘板防噴器組成,以便在緊急情況下切斷鉆桿并封井,然后脫開與隔水管的連接。之所以采用 2個剪切閘板防噴器,主要是保證在封井時總有 2個防噴器可以不受鉆桿接頭的影響。

與常規(guī)隔水管系統(tǒng)相比,SBOP系統(tǒng)具有如下優(yōu)點,這些因素都能縮短鉆井周期[10-12]。

a) 其小直徑高壓隔水管沒有壓井和節(jié)流管線,占用體積小,質(zhì)量輕,使用鉆井液容積小,可使用小型鉆井平臺進(jìn)行深水作業(yè),從而節(jié)省作業(yè)費用。

b) BOP在水面以上,試壓、井控及維修等作業(yè)都較常規(guī)隔水管系統(tǒng)方便。

c) 隔水管起下很快,由于隔水管直徑減小而使鉆井液循環(huán)周期減小。

SBOP系統(tǒng)的缺點是可下入的套管層次不多,但是在實際作業(yè)過程中可使用膨脹管技術(shù)滿足套管層次的要求。

SBOP系統(tǒng)的一般組合形式從上至下為:小型鉆井平臺、撓性接頭、φ346.1 mm(135/8英寸)伸縮隔水管、具有 1個 346.1 mm環(huán)形防噴器、1個 346.1 mm單閘板防噴器和雙閘板防噴器的水上 BOP組、上部應(yīng)力短節(jié) (Upper stress joint)或稱為過渡短節(jié)(Upper transition joint)、鋼級為 P110的 φ339.7 mm(133/8英寸)高壓套管或 406.4 mm(16英寸)高壓套管作為隔水管、下部應(yīng)力短節(jié) (Lower stress joint)或稱為過渡短節(jié) (Lower transition joint)、由應(yīng)急脫開裝置和 2個 346.1mm剪切閘板防噴器組成的SDS、標(biāo)準(zhǔn) 476.3 mm(183/4英寸)H4連接器及水下井口、套管柱。

5.2 SBOP系統(tǒng)應(yīng)用情況

2003年,Shell石油公司在巴西 Campos盆地利用 SBOP技術(shù)成功完成水深 2 887 m的深水鉆井作業(yè),鉆井周期為 52.8 d,采用動態(tài)定位半潛式平臺和339.7 mm高壓隔水管,該井的套管層次為 762.0 mm ×339.7 mm ×244.5 mm ×177.8 mm。

2004年,Total石油公司在印度尼西亞 2 000 m深水區(qū)采用帶環(huán)境保護(hù)裝置 (ESG)的 SBOP技術(shù)成功完成OTI-1井的鉆井作業(yè),該 ESG裝置實際就是1個水下斷開系統(tǒng),該井使用 762.0 mm導(dǎo)管作為結(jié)構(gòu)支撐,鉆井過程中下入膨脹套管保證后續(xù)作業(yè)順利完成,其套管層次為 762.0 mm ×339.7 mm ×244.5 mm ×177.8 mm。

2008年,Shell和 Transocean公司采用 SBOP系統(tǒng)在巴西對 1口 2 100 m水深的井進(jìn)行了鉆井和完井作業(yè),該井采用系泊式平臺和 φ406.4 mm(16英寸)高壓隔水管,其套管層次為 914.4 mm ×339.7 mm ×244.5 mm。

6 結(jié)語

隨著國內(nèi)外對石油天然氣的需求不斷增長,油氣資源勘探開發(fā)向深海進(jìn)軍已成必然趨勢。我國深海油氣開發(fā)起步比較晚,深水鉆完井技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比存在很大差距,在很多方面缺乏自主的關(guān)鍵技術(shù)。為加快我國深水油氣勘探開發(fā)的速度,有必要本著“引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新、運用”的原則,加大包括深水鉆井平臺 (船)、高效鉆機、隔水管系統(tǒng)等在內(nèi)的前沿高新技術(shù)研究力度,研發(fā)適用于深水鉆井作業(yè)的重大裝備和技術(shù),形成一整套適合我國深水油氣勘探鉆井開發(fā)的技術(shù)體系,為我國的深水勘探和開發(fā)提供有效的技術(shù)和裝備支撐。

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Development Tendency of Offshore Petroleum Drilling Equipment in Deep Water

ZHAO Hong-shan,LIU Xin-hua,BAI Li-ye
(Drilling Technology Research Institute,Shengli Petroleum Adm inistration Bureau,Dongying257017,China)

TE951

A

1001-3482(2010)05-0068-07

2009-11-04

趙洪山 (1980-),男,河南開封人,博士,2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué) (華東)石油工程學(xué)院,現(xiàn)從事石油氣井管柱力學(xué)方面的研究,E-mail:zhaohongshan2002@163.com。