深水鉆井設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展分析

王新水 劉守忠（中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司海工大隊，山東 東營 257000）

在石油鉆井過程中，深水鉆井的鉆井難度較大，目前關(guān)于深水還沒有統(tǒng)一的定義，我國通常采用深水標(biāo)準(zhǔn)是五百米以下。隨著石油資源的消耗量逐漸增大，陸地上的石油資源逐漸被開發(fā)殆盡，深水油氣資源已經(jīng)成為重要的油藏開發(fā)方向。深水油氣鉆井設(shè)備是實現(xiàn)深水鉆井的關(guān)鍵，隨著石油勘探開發(fā)設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展，深水油氣鉆井設(shè)備也得到了長足的發(fā)展，深水油氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)問題逐漸被解決。通過對深水鉆井設(shè)備發(fā)展研究，可以為深水鉆井技術(shù)長足奠定基礎(chǔ)。

1 深水鉆井設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

隨著深水鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，深水鉆井設(shè)備也面臨著重要的挑戰(zhàn)。首先在深水鉆井過程中，水深成為限制深水鉆井設(shè)備發(fā)展的重要因素。隨著海水深度的增大，鉆井工具、環(huán)境等越來越復(fù)雜，給鉆井平臺的承受能力、鉆井設(shè)備負載等都提出了很高的要求。而且隨著海水深度的增大，海洋鉆井使用隔水管的長度增長，對隔水管的強度和工作壽命都提出了較高的要求。隨著水深的增加，海水的溫度會越來越低，對鉆井設(shè)備提出了更高的要求。由于海上環(huán)境的復(fù)雜性，隨著海水深度的增大，海浪強度逐漸增大，在海浪作用下，容易導(dǎo)致鉆井平臺的移動，對鉆井設(shè)備也提出了更高的要求。遇到特殊情況時，如果鉆井平臺的載荷超出設(shè)計要求，需要將平臺和井下設(shè)備的部分連接設(shè)備斷開，防止設(shè)備的損壞。如果出現(xiàn)強烈的風(fēng)暴等惡劣天氣，將會對平臺產(chǎn)生巨大的影響，因此在海洋鉆井平臺設(shè)計過程中，安全性設(shè)計非常重要。深度增加后海水的溫度逐漸降低，深海地區(qū)海水的溫度在零度以下，給深海鉆井帶了巨大的挑戰(zhàn)，低溫海水會對海底巖層產(chǎn)生作用，導(dǎo)致海底巖層溫度降低，較低的溫度會嚴(yán)重影響鉆井液的流動性，當(dāng)鉆井液的溫度降低后，鉆井液的粘度增大，導(dǎo)致鉆井液的流動性變差。鉆井液在井筒流動的過程中，流動阻力大幅增大。而且在低溫條件下，固井水泥漿的凝固時間增長，凝固形成的水泥石的強度也不高。在深水鉆井過程中，如果發(fā)生深水地質(zhì)災(zāi)害，容易導(dǎo)致海洋深水鉆井作業(yè)的失敗。淺層流動是影響深水鉆井主要的災(zāi)害之一，淺層流動介質(zhì)可以是液體也可以是氣體，這些淺層的流動介質(zhì)會嚴(yán)重影響井下平臺設(shè)備強度，例如淺層的流動介質(zhì)會沖刷平臺導(dǎo)管等部分，嚴(yán)重的將會導(dǎo)致鉆井設(shè)備的失效。淺層的氣流進入海水中后，海水的密度逐漸的降低，平臺的浮力減小，海洋鉆井平臺受力改變后，將會影響平臺的穩(wěn)定性。在深海鉆井過程中，深海鉆井的泥漿密度窗口較小，導(dǎo)致鉆井事故的頻發(fā)，給深海鉆井帶了巨大的挑戰(zhàn)。海水中的水合物也會給深水鉆井帶了巨大的挑戰(zhàn)。在固井的過程中，水泥漿的凝固將會釋放大量的熱量，產(chǎn)生的熱量會對水合物加熱，導(dǎo)致水合物的分解，形成大量的氣體，形成水泥漿的氣竄現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到固井質(zhì)量。形成的氣體進入到鉆井液中，降低了鉆井液的密度，鉆井液的液柱壓力降低，容易發(fā)生井涌甚至是井噴等嚴(yán)重鉆井事故。如果在深海鉆井過程中，鉆遇了較厚的水合物層位，由于鉆井作業(yè)將會導(dǎo)致水合物物性的改變，影響了水合物層位的穩(wěn)定性，降低了深海鉆井井筒的穩(wěn)定性。

2 深海鉆井關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)展分析

在深水鉆井過程中，深水鉆井裝置要承受風(fēng)浪、海流等特殊條件的考驗，海水對鉆井設(shè)設(shè)備的腐蝕也比較嚴(yán)重，因此需要不斷地提高深水鉆井設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。深水鉆井船具有良好的可移動性。深水鉆井船主要包括鉆井設(shè)備、動力定位、移動等部分，由于平臺是船體，因此具有良好的移動性，操作靈活，能夠快速進行鉆井位置的移動，深水鉆井船可以適用于深度較深的深水鉆井，但是鉆井船的空間有限，鉆井平臺的空間小，同時受惡劣天氣的影響較大。半潛式平臺是由固定平臺逐漸發(fā)展起來的，半潛式平臺具有許多優(yōu)勢，例如可以抵御較惡劣的海洋環(huán)境，鉆井平臺的面積大，系統(tǒng)的強度高，具有較高的鉆井作業(yè)效率，和其他鉆井方式相比，在深海鉆井方面具有諸多優(yōu)勢，因此近年來得到了快速的發(fā)展。在鉆井作業(yè)時，將半潛式平臺的下部浮體中注入水，保證平臺的大部分都能夠在海水以下，減小鉆井平臺在海面以上的露出體積，降低了海浪對鉆井平臺的影響。當(dāng)鉆井作業(yè)完成后，再將下部浮體中水排出，半潛式平臺的浮力逐漸增大，進而進行鉆井平臺的拖航。隨著半潛式平臺技術(shù)的逐漸發(fā)展，鉆井平臺的重量越來越小，自動化程度越來越高，能夠應(yīng)用的作用水深也越來越大，鉆井平臺的鉆井深度越來越大，平臺的強度也越來越高。為了適應(yīng)深水鉆井平臺條件，傳統(tǒng)的鉆井也在不斷地發(fā)展，主要的朝著大功率、交流變頻的方向發(fā)展。通過不斷改變現(xiàn)有的鉆機結(jié)構(gòu)，采用新型的絞車等設(shè)備，可以有效的降低深水鉆機設(shè)備的空間和重量，同時還能夠降低鉆機的成本，深水鉆井機械的自動化程度將會不斷提升，有效的提高了深水鉆井的工作效率和質(zhì)量。

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