付英軍 （中海石油 （中國）有限公司鉆完井技術(shù)管理部，北京100027 西南石油大學(xué)研究生部，四川 成都610500）

姜 偉 （中海石油 （中國）有限公司鉆完井技術(shù)管理部，北京100027）

朱榮東 （中海石油 （中國）有限公司中海石油研究總院技術(shù)研發(fā)中心深水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100027）

深水表層導(dǎo)管安裝方法及風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究

付英軍 （中海石油 （中國）有限公司鉆完井技術(shù)管理部，北京100027 西南石油大學(xué)研究生部，四川 成都610500）

姜 偉 （中海石油 （中國）有限公司鉆完井技術(shù)管理部，北京100027）

朱榮東 （中海石油 （中國）有限公司中海石油研究總院技術(shù)研發(fā)中心深水工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100027）

深水表層導(dǎo)管是整個(gè)深水油井建造的基礎(chǔ)，其安裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、操作難度大，加之設(shè)計(jì)理論模型和實(shí)際情況存在差異，有不確定性的風(fēng)險(xiǎn)，一旦操作失敗將會導(dǎo)致惡性甚至災(zāi)難性事故的發(fā)生。在充分調(diào)研國內(nèi)外最新深水鉆井資料的基礎(chǔ)上，介紹了深水表層導(dǎo)管的安裝方法及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)，并根據(jù)表層導(dǎo)管噴射下入工藝技術(shù)特性對其進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識別分析，提出了相應(yīng)的控制技術(shù)措施，對現(xiàn)場作業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義。

深水鉆井；表層導(dǎo)管；噴射下入；風(fēng)險(xiǎn)控制

深水表層導(dǎo)管 （也稱之為表層套管或結(jié)構(gòu)套管）是整個(gè)深水油井建造過程中安裝的第一層套管，它為其后所有的套管、海底防噴器組及將來生產(chǎn)用的水下采油樹等提供結(jié)構(gòu)支撐。目前，利用噴射下入方法進(jìn)行表層導(dǎo)管安裝已經(jīng)是全世界進(jìn)行深水鉆井作業(yè)的通用作法［1～4］。但是由于其作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、操作難度大，如果控制措施不當(dāng)，容易導(dǎo)致井口下沉、噴射下入不到位甚至井報(bào)廢等嚴(yán)重后果。因此有必要根據(jù)其工藝技術(shù)特性進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別分析，提出相應(yīng)的控制和應(yīng)對措施，可以避免事故的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1 表層導(dǎo)管安裝方法

海上淺水區(qū)的表層套管作業(yè)通常采用鉆孔、下套管、固井的作業(yè)方式。但是在深水區(qū)，由于上覆巖層被海水所代替，導(dǎo)致海底淺部地層比較松軟，地層承壓能力弱，存在深水表層固井壓漏地層不能有效地封固表層導(dǎo)管風(fēng)險(xiǎn)；此外，深水表層固井要求采用低溫低密度水泥漿，等待水泥凝固時(shí)間很長，這樣導(dǎo)致作業(yè)時(shí)間較長，對于日費(fèi)極其高昂的深水鉆井船顯然不合適。

目前，國外及南中國海深水表層鉆井作業(yè)通常采用 “噴射下入”方法進(jìn)行表層導(dǎo)管安裝，見圖1。在導(dǎo)管內(nèi)下入噴射組合鉆具 （簡稱噴射BHA），利用導(dǎo)管柱和噴射BHA的重量和開泵沖洗下入導(dǎo)管 （主要靠沖洗作用），巖屑沿噴射BHA和導(dǎo)管之間的環(huán)空返出。這種方法的主要特點(diǎn)是不進(jìn)行固井作業(yè)，靠導(dǎo)管與土壤之間的附著力來固定導(dǎo)管。采用這種方法，省去了固井作業(yè)，避免了固井時(shí)井漏問題，同時(shí)采用一開二眼技術(shù)，一開和二開采用同一套鉆具組合，省去了一趟起下鉆時(shí)間，提高了作業(yè)效率，節(jié)約了鉆井成本。

圖1 噴射下入表層導(dǎo)管示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 表層導(dǎo)管尺寸

目前采用的導(dǎo)管外徑主要有兩種，36in（1in＝2.54cm）和30in。通常根據(jù)地層的軟硬程度選取，如果地層較軟，可以選取36in導(dǎo)管，增大導(dǎo)管和土壤之間的接觸面積，從而增加摩擦支撐力，有利于防止井口下沉，反之依然。此外，選取大直徑的表層導(dǎo)管還有利于抵抗隔水管偏移對井口施加的彎矩作用。目前南中國海進(jìn)行的深水鉆井作業(yè)，表層導(dǎo)管通常選取36in，最上面兩根采用1.5in的壁厚，其余采用1in的壁厚。

2.2 鉆頭出導(dǎo)管鞋長度

目前，通常采用的鉆頭出管鞋長度是4～8in［2］，主要根據(jù)地層的軟硬程度選擇，地層軟，要出來的短一些，甚至可以在導(dǎo)管內(nèi)，減少對井壁的沖蝕；地層硬，可以出來長一些，靠馬達(dá)帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖。但是一定要避免鉆頭出導(dǎo)管鞋長度過長，這樣容易導(dǎo)致鉆頭受力過大，易偏心，不能有效攜巖，堵塞導(dǎo)管。此外，鉆頭偏心后還容易導(dǎo)致鉆頭切削井壁，造成擴(kuò)孔。

2.3 噴射BHA尺寸

如前所述，導(dǎo)管下入完成后，還要利用噴射BHA繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)井段的鉆進(jìn)作業(yè)，所以噴射BHA尺寸主要取決于下一井段尺寸要求。但是有一個(gè)原則就是導(dǎo)管尺寸越大，相應(yīng)的噴射BHA尺寸也越大，如常見的36in導(dǎo)管通常采用26in噴射BHA，30in導(dǎo)管通常采用噴射BHA。

此外，由于深水表層破裂壓力低、存在淺水流及淺層氣風(fēng)險(xiǎn)，所以BHA組合通常包括MWD/LWD工具，用于監(jiān)測降低ECD（當(dāng)量循環(huán)密度）、井斜等情況。另外，噴射BHA上加扶正器，確保鉆頭居中，避免形成偏心堵塞。圖2為在南中國海使用的典型的噴射BHA組合。

圖2 典型的噴射BHA配置

2.4 導(dǎo)管入泥深度和井口出泥面高度

導(dǎo)管入泥深度的計(jì)算［5，6］最終取決于對該區(qū)域海床以下一定深度的土壤力學(xué)的認(rèn)識。井位一定深度實(shí)際土壤樣品的取得是通過動員深水海底土工調(diào)查船在原位進(jìn)行鉆探取心而得到的，由于這種方法的成本太高，一般的作業(yè)者在有鄰井資料和設(shè)計(jì)井位淺層地震剖面的基礎(chǔ)上，都省去了鉆孔取心的作法。確定導(dǎo)管入泥深度即導(dǎo)管數(shù)量以獲得足夠的支撐力，如果深度不夠會引起導(dǎo)管下沉。深度過大 （導(dǎo)管根數(shù)過多）又存在噴射到設(shè)計(jì)深度將異常緩慢，如果出現(xiàn)噴射不到位將導(dǎo)致井口頭過高，在坐上防噴器后出現(xiàn)井口失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。目前南中國海導(dǎo)管入泥深度通常在72m左右 （6根導(dǎo)管），井口出泥面高度通常在2～3m之間，最大不能超過5m，因?yàn)槌瞿喔叨仍礁?，井口在隔水管彎曲載荷作用下容易失穩(wěn)。

2.5 鉆壓

噴射過程中鉆壓不要超過已下入泥線以下導(dǎo)管柱和噴射BHA浮重之和的80%，主要有3個(gè)方面的考慮，一是保持中和點(diǎn)在泥線以下，即送入工具以下，避免送入鉆柱受壓彎曲，因?yàn)檫@樣容易導(dǎo)致送入工具意外脫開；二是避免鉆頭受壓過大，導(dǎo)致鉆頭偏心堵塞導(dǎo)管內(nèi)部通道；三是鉆壓太大會使噴射導(dǎo)管的斜度增加。

2.6 水力參數(shù)

導(dǎo)管入泥15m深度以內(nèi)，要采用低排量 （通常189L/min），避免沖刷導(dǎo)管外部，然后逐步增加排量至正常排量 （通常4163.5L/min），要滿足攜巖要求，控制井底ECD，避免壓漏井底地層。

3 噴射下入表層導(dǎo)管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析及控制技術(shù)

3.1 井口下沉

井口下沉是指在導(dǎo)管噴射下入到設(shè)計(jì)深度后，由于土壤吸附力不能支撐住導(dǎo)管的重量，導(dǎo)管就會繼續(xù)下沉導(dǎo)致井口埋沒在泥面以下，這種現(xiàn)象也有可能發(fā)生在下一層套管坐在表層導(dǎo)管井口上之后，由于井口載荷增加，土壤吸附力不夠而導(dǎo)致井口下沉。為避免井口下沉，在設(shè)計(jì)階段要合理設(shè)計(jì)導(dǎo)管下入深度，但是更重要的是取決于現(xiàn)場作業(yè)控制技術(shù)，為控制及應(yīng)對井口下沉，現(xiàn)場可以采取以下措施：①要盡可能地選用具有高拉伸載荷性能的鉆桿。因?yàn)橐坏┌l(fā)生井口下沉，需要采用過提鉆柱拔出導(dǎo)管和下一層套管柱，如圖1所示，鉆柱不僅僅要承受導(dǎo)管和下一層套管柱的全部重量，還要克服土壤反方向的摩擦阻力，所以很多作業(yè)公司都選用專門的下入管柱，這種下入管柱的主要特點(diǎn)是高拉伸載荷、低扭矩［7］，低扭矩也能滿足繼續(xù)鉆進(jìn)下一表層段正常鉆進(jìn)的要求。②在噴射下入最后2～3m導(dǎo)管時(shí)，降低排量，減少對井壁的沖刷，能為36in導(dǎo)管底部產(chǎn)生一個(gè)足夠承載力的井底；同時(shí)要加大鉆壓至已下入導(dǎo)管柱和噴射BHA浮重之和的80%。③下入到設(shè)計(jì)深度后，打開天車補(bǔ)償器，釋放已下入導(dǎo)管柱和噴射BHA浮重之和的90%，再逐步釋放已下入管柱和噴射BHA的全部管柱重量，用ROV（水下機(jī)器人）監(jiān)測井口下沉情況，確認(rèn)導(dǎo)管能夠坐得??；④在下入過程中，如果不需要上下活動導(dǎo)管就能順利下入導(dǎo)管，那么這些說明土壤剪切強(qiáng)度低，可能需要延長吸附時(shí)間，吸附期間不能開泵循環(huán)，避免沖刷井底。

3.2 導(dǎo)管噴射下入不到位

導(dǎo)管下入不到位，會導(dǎo)致井口出泥高度過高，鉆井船通過隔水管施加在井口的彎曲載荷將會導(dǎo)致井口彎曲，無法進(jìn)行后續(xù)的作業(yè)，井只能報(bào)廢。所以要合理設(shè)計(jì)所需的下入深度，即要保證能夠噴射下入到位，又要保證能夠承受后續(xù)套管及BOP（井口防噴器）重量而井口不下沉?，F(xiàn)場作業(yè)時(shí)可以采用以下技術(shù)措施來進(jìn)行控制：①上下活動管柱以減少井壁和套管之間的摩阻，正常情況下每下入一根導(dǎo)管（長度12m左右）上下活動管柱一次，活動幅度2m，如果有上提下放遇阻現(xiàn)象，則可增加活動次數(shù)至2～3次，活動幅度也可增加至3～10m。②鎖上天車補(bǔ)償器，以使導(dǎo)管柱能夠隨鉆井平臺的升沉運(yùn)動而上下活動。③如果噴射下入不到位，井位處有堅(jiān)硬巖石，要拔出所有導(dǎo)管，在備用井位重新噴射下入。④如果井位和備用井位處均有堅(jiān)硬的巖石，須考慮鉆孔/下套管/固井方式下入。

3.3 沖蝕導(dǎo)管外壁，造成擴(kuò)孔

如果導(dǎo)管內(nèi)部通道被堵，那么流體將會沿導(dǎo)管外壁流出，造成井眼沖蝕 （見圖3），土壤擾動剪切強(qiáng)度降低，不能形成有效的摩擦支撐力，將會出現(xiàn)井口下沉現(xiàn)象。

導(dǎo)管內(nèi)海水和地層巖屑的混漿密度和返出的摩阻越小，返出就越順暢?，F(xiàn)場采取的控制措施如下：①用PWD（隨鉆壓力測量工具）實(shí)時(shí)監(jiān)測井底ECD的變化，使導(dǎo)管內(nèi)的ECD盡可能的低，一般不超過1.04g/cm3，如果ECD有增高的趨勢要加大排量。②在噴射下入過程中通常使用海水作為鉆井液，但是海水?dāng)y巖能力差，及時(shí)泵入清掃漿 （清掃漿通常由海水和瓜膠或預(yù)水化膨潤土混合而成），哈斯基在南中國海深水鉆井作業(yè)規(guī)定每噴射下入一個(gè)立根長度過程中泵入3×50桶的清掃漿，分別在每個(gè)立根開始處、中間位置和結(jié)尾處各泵入50桶的清掃漿；有的公司要求更嚴(yán)格，每3m都要泵一次清掃漿。③控制機(jī)械鉆速，一般規(guī)定噴射下入導(dǎo)管的平均機(jī)械鉆速不超過40m/h。

3.4 導(dǎo)管被卡

如果噴射中途導(dǎo)管被卡死，而用鉆桿又不能用鉆桿過提解卡，這時(shí)候的風(fēng)險(xiǎn)非常大，會造成井眼和導(dǎo)管報(bào)廢的嚴(yán)重后果，現(xiàn)場為控制導(dǎo)管受卡及應(yīng)急情況下解卡，可以采取如下技術(shù)措施：①在開始噴射前，檢查設(shè)備，尤其是泥漿泵、絞車、管子處理設(shè)備和ROV等，確保噴射過程中不會中途停止作業(yè)；②如前所述，要盡可能地選用高拉伸載荷鉆桿作為下入管柱；③如果遇到上提遇阻現(xiàn)象，一定要繼續(xù)上提直到達(dá)到指重表的最大讀數(shù)，在此之前不能停止上提；④如果導(dǎo)管被卡死，過提力將要超過鉆柱的拉伸極限，那么可以考慮采用重漿解卡。其原理見圖4，首先通過鉆桿泵入重漿，直至36in導(dǎo)管內(nèi)部全部灌滿重漿，造成導(dǎo)管內(nèi)外形成壓差，然后泵入海水，海水會沿流動阻力最小的方向流動，即沿36in導(dǎo)管外部流動，從而沖洗卡點(diǎn)。

圖3 巖屑沉積造成的擴(kuò)眼

圖4 重漿解卡原理圖

此外，在作業(yè)之前要評估海況條件，選擇良好的天氣窗口，在噴射時(shí)如果遇到強(qiáng)內(nèi)波流，盡可能拔出套管，或調(diào)整船艏向，開啟所有推進(jìn)器來全力抵抗內(nèi)波流，穩(wěn)住平臺。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

南中國海深水區(qū)X井，水深682.44m，36in表層導(dǎo)管入泥深度72.5m，井口出泥面高度3.1m，噴射下入導(dǎo)管至設(shè)計(jì)深度782.6m后（泥線以下72.5m），靜止吸附時(shí)間1.75h，ROV （水下機(jī)器人）觀察井口穩(wěn)定，沒有下沉現(xiàn)象。

噴射下入36in導(dǎo)管鉆壓參數(shù)變化曲線如圖5所示，鉆壓一直控制在已下入至泥面以下導(dǎo)管柱和噴射BHA浮重之和的80%以內(nèi)，直到最后2～3m鉆壓逐步加至導(dǎo)管柱和噴射BHA全部浮重。

圖5 鉆壓隨表層導(dǎo)管入泥深度變化曲線

解脫CADA （繼續(xù)鉆進(jìn)工具）繼續(xù)鉆進(jìn)26in井眼至1379m，然后起出26inBHA，下20in套管和高壓井口頭，20in套管鞋深度1372.5m，此時(shí)大鉤懸重254t，下放40.86t，坐掛高壓井口頭至36in低壓井口頭上，然后上提至大鉤懸重680klbs確認(rèn)高壓井口頭和低壓井口頭已經(jīng)鎖緊。接下來開始固井前的海水循環(huán)清洗井壁。循環(huán)過程中井口突然下沉2.5m，然后緩慢將懸重提升至431.3t，井口開始緩慢上升，井口頭提出泥面，保持懸重在317.8～326.9t之間，開始進(jìn)行固井作業(yè)，固井作業(yè)結(jié)束，釋放懸重至295t，井口頭下沉0.5m。提升懸重至690klbs，開始候凝，期間保持懸重在313.3～317.8t之間，候凝8h，候凝結(jié)束后，釋放懸重272.4t，觀察5min，井口頭穩(wěn)定，緩慢釋放懸重，每釋放22.7t，停止觀察5min，逐漸釋放懸重至104.4t，觀察15min，井口頭穩(wěn)定。

5 結(jié)論及建議

1）由于表層導(dǎo)管設(shè)計(jì)理論模型和實(shí)際情況存在差異，且獲取的各種參數(shù)具有不確定性，為有效避免不確定性風(fēng)險(xiǎn)，有必要分析現(xiàn)場作業(yè)存在的各種風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)及應(yīng)急措施。

2）分析了噴射下入安裝深水表層導(dǎo)管作業(yè)存在的各種風(fēng)險(xiǎn)，并給出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制及應(yīng)對措施，通過現(xiàn)場作業(yè)實(shí)例證實(shí)了存在的各種風(fēng)險(xiǎn)及控制技術(shù)的正確性。

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Installation Method and Risk Control Technology of Surface Conductors

FU Ying－jun，JIANG Wei，ZHU Rong－dong（First Author's Address：Management Department of Drilling Technology，CNOOC（China），Beijing100027，China；School of Graduates，Southwest Petroleum University，Chengdu610500，Sichuan，China）

Deep－water surface conductor was the basis for the constructing deepwater wells，the risk of its installation was high，its operation was difficult.In addition，there existed differences between theoretical models and the actual situation，there was a risk of uncertainty.Once the operation was failure，it would induce a vicious or catastrophic accident.Based on the research of latest drilling information，the installation method of surface conductors and the design of key technical parameters are introduced.A risk identification analysis is carried out by using the jetting in deepwater drilling.The corresponding control measures are Put forward，and it provides an important guidance for deepwater drilling.

deepwater drilling；surface conductor；jetting drilling；risk control

TE52

A

1000－9752（2011）06－0153－05

2011－05－06

付英軍 （1979－），男，2000年中國石油大學(xué) （華東）畢業(yè)，工程師，博士生，現(xiàn)主要從事海洋油氣工程研究工作。

［編輯］ 蕭 雨