深水钻井装置的选型方法

５ 卷 增刊 ２ １ ２１ ０ ０年 １ ２月
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造
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文章编号：１０ ．８２２ ）２２ ９０ ０４ ８ （０ ￥ —２ －６ ０ １ ０
３ ３钻 井隔水 管／ 力系统 ． 张
钻 井隔水 管来设计 必须根 据最大 水深度 和预 期的环境 条件 ， 保证 为 隔水管提 供足够 的能 力和机械 强度 。 口井都 要进行 隔水管 分析 。隔水 管要有足 够强度 支撑 阻流和 压井管 线 、 压管线 、 压管线 、 每 增 液 双梯度 管线和 复合 电缆 ，而 且必 须保证 张力器 和浮力 块能够 支撑 隔水管 重量 （ 确定 的钻井液 密度和 在 船 体偏移 范 围内 ）。深 水钻机 必须提供 隔水 管快速解 脱 的方法 。
（ ）井 的类 型 、水深和 海洋环 境条 件 ， １
（ ２）钻井程 序设 计 ， （ ）钻井装 置规格 书 ， ３
（ ）评估钻机 市场 ， ４
（ ）审计和验 收计划 制定 ， ５
（ ）钻机 设备 检查 。 ６ 本 文针对 前 ３点 ，即井 的类 型 、水 深和海 洋环 境条件 ，钻井 程序 设计 ，确定 钻井装 置规格 书 ，阐
（） 隔水 管浮力块 配置 、张紧 器 能力等 。随着 作业水 深的增 加 ，隔水管 的干重远 超过 钻机 钩载 能 ３
力， 因此隔水 管必 须配置浮 力块 。隔水管 和浮力 块设计 对钻 机作业 非常重 要 。 水深增 Ｄ ．隔水管 长度 、 Ｎｔ ￣ ｌ
隔水管 张力器 能力 、浮力 块和 水下系 统 的控 制管 线都要 增加 。隔水管 的长度还 影 响到平 台的 甲板空 间 和 可变载荷 。 （） 泥 浆密度 和套 管程序 。长 隔水 管段造 成的泥浆 密度 窗 口变 窄 。随着水 深 的增 加 ，要 保持 泥浆 ４
的锚 泊系统 。 １２ 作业水 深 ． 作业水深 的影 响主要 表现在 以下 几个 方面 。
（） 深水 防喷 器的设 计作业 水深 。深水 防喷器承 受很 大静水 压力 ，因此必 须考虑 水下 防喷器 的设 １
计作业 水深 。
（） 海底低 温导致 的 Ｂ Ｐ水合物 防 治 （ ２ Ｏ 如注 Ｂ Ｐ防冻液 ） 。 Ｏ
设备 、处理工 艺 以及 相关 文件都 必须 满足 Ｅ Ａ规 范 ，如果 不能满 足规 范要求 ，则必 须升级 固控系统 。 Ｐ
２ ３ 套管设 计 ． 深水 钻井 作业 压 力梯 度 窗 口很窄 （ 别 是 在 浅层 区） 特 ，深 水 钻井 往往 要 求 更多 的技 术套 管和／ 衬 或 管 。这些 重型 、大 直径 、公差小 的管柱 需要特 殊 存放 、输送 以及特 殊 的下 套管 工艺 ，而 且下套 管 时容 易遇 到 问题而 花 费大量非 钻进 时 间。 以任何 能 改进下 套管 效率 的方法 都 能很大程 度上 改善钻机 的总 所 体性 能，双井架 钻机 或者 具有预 接 ２ ” 管系统 的 一个半 井架钻 机在 深水 作业 中具有 一定优 势 。 ０套 井架 立根 盒容量 必须 满足排 放 的管柱 尺寸 、井底 钻具 组合 和其他 工具 的要 求 。提 升能力 （ 绞车 、 游 车 、顶 驱 、升沉补 偿 、钻 井绳 等 ）必须 能够承 受套 管载 荷和钻 柱载 荷 。
一
般 来 说，钻井 船运移 性 能好 ， 更适 合 钻探井 ；而半 潜式钻 井平 台具有 更好 的环境适 应性 ，抗风 、
浪 、流 的能力 强 ，因此 更适 合钻 开发井 。
钻 井的数量 以及所 需 时问也很 重要 。钻井所 需时 间的长 短影 响到钻机 选择 的经济 性 ，动力 定位钻 机 更适合 短期钻 井项 目，因为前期 计划 编制和动 员 时间少 ：长期 钻井作 业 时通 常使 用更环 保 、更 经济
深 水钻 井 装置 的选型 方 法
刘 健 ，殷 志明
（ 中海油研究总院，北京 １ ０ ２） ０ ０ ７
摘
要
深水钻井环境远 比浅水复杂 ，因此对钻井装置的要求更高。分析 了深水钻井装置选 择的重要控制 因素： 环境条件 、钻井设计 以及钻机能力 对钻机选择 的影响，说明 了深水 钻井装 置的选择方法和关键点。本文可 以为现场深水钻 井装置的选择提供 参考 。
２ 钻 井 程序 设 计
钻井程 序设计直 接从 以下几 个方 面影 响到深水 钻井装 置 的选择 。 ２ １孑 隙压 力和破 裂压 力梯 度 ． Ｌ 深水环 境下 ，孔 隙压 力和破 裂压 力之 间的关 系是影 响钻机 能力需求 的关 键 因素之一 。水深增 加 ， 孔 隙压力和 破裂压 力梯度之 差减 少 ，井眼压 力安全 作业 窗 口变 窄 ，影 响到对 钻井液 的要求 、套 管设计 和钻 井作业 。几乎所 有关 系到钻 井操 作和井 身结构 设计 的 问题 都与孔 隙压力和 破裂 压力 的梯度有 关 。
关 键 词：深水；钻井；钻井装置选型
０ 引 言
在深水钻 井作 业 中，随着 水深越 来越 深 ，井 眼设 计也越 来越 复杂 。深水钻 井装 置的选 择大大 影 响 了其他 深水钻 井操 作 的因素 。因此正 确选择 深水 钻井装 置变 得极 为重要 。
钻 井装置选 择 时必须考 虑 以下 关键 问题 ：
表 １ 单 井架 、 一个 半 井架钻机 、双 井架 钻机 比较
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学 术 论 文
３ ２ 钻机 的设计作 业水深 ．
水 深是选 择动力 定位钻机 和传 统锚 泊钻机 的一个重 要考虑 因 素。 业水深 直接或 间接 的影 响钻机 作 的动力 、控制 、机械 系统 。钻 机 的额定作 业水深 取决于 以下 因素 ：隔水管 长度 、隔水管 张力器 能力 、 环境标 准 、泥 浆密度 、连接水 下 防喷器 的脐 带缆 等 。
为 开发井选 择钻 井装置通 常应 优先 考虑 以下几 点 ：
２Ｏ ３
学 术 论文
（ ） 最大 口费率／ 效工作 天数 ， １ 有
（ ） 钻井平 台稳 性， ２
（ ） 甲板 （ ３ 可变载 荷 ）和 舱室 存储 能力 ， （ ） 完井和 修井 的作业效 率 ， ４
（ ）双 重／ ５ 同时作业 能力 ， （ ）设备 安装 能力 。 ６
（）动 力定位 钻机 ２
大 型钻井 船和 一些半 潜式 钻井平 台都采 用动 力 定位 。动力 定位 钻机 的 日费 、保养 费、燃 油 费要高
于 锚泊 系统 的钻机 ，但是 移动性 能好 、操 作效率 高 。
在飓风和龙卷 风频发 的地 区更适合 采用动力 定位钻机 。飓风或者强 风暴到来 前停止钻井工 作、解脱 隔水管 ，动 力定位钻 机航行离 开该区域 ，而锚泊定位 钻机 ，则是钻机停止 工作不撤 离，船上人员撤 离 。 由于 动力 定位 的钻井 船和 半 潜式 平 台不 需要 带 锚机 和 锚链 ，所 以可变 载荷 比锚 泊 定位 钻井 装置 大 ，而随着 水深 和井深 的增 加 ，也需要 钻机可 变载 荷更 大 。 （）一个 半井 架或双 井架 钻机 ３ 双 井架 钻机和 一个 半井架 可 同时进行 一些 操作 因此 节约 了大量作 业等 待 时间 。 井架钻 机 的最重 双 要 的一个 功 能是可 以 同时起 下 两套管 柱 ，或 者下套 管 柱 同时下 防喷器和 隔水 管；一个 半井架 钻机 可 以 预接 套管 、钻杆 。单 井架 、一个 半井 架 、双 井架 钻机 的 比较 见表 １ 。
害 ，因为在深 水区作 业 时隔水管 容易 发生涡激 振动 。应根 据海 流分布 计算涡 激振动 发生 的可 能性 ，确
定是 否采用涡 激振动 抑制装 置（ 常用 的装置 是整 流罩） 最 。 钻 井装置应 具有 良好 的抵抗海 流 的能力 ， 同样 ， 知道海 流事 件 的发生时 间 以及海 流预 报也很 重要 ， 这 有利 于选 择钻 井装 置 （ 择有整 流 罩或者无 整流 罩的钻 机 ）。一个 地 区刚经 历过一 次海流 事故 ，则 选 可 以选择 无整流 罩的 隔水管 （ 服从 历史上 海流 发生 的分布规 律 ）。
３ ４ 防喷器组 ． 防喷器组 是深水 钻井装 置最关 键 的设备 。水下防 喷器组 的尺 寸、结 构、压 力等级 必须适 合准备用 的钻井 液 、地 层压力 、井眼 、钻柱 设计和 水深 。
述 了深 水钻井装 置 的选 择方 法和注 意事项 。
１ 井 的类 型 、水 深 和海 洋 环 境 条 件
选择 合适 的钻井 装置 首先应 明确计 划要 钻 的井 位和钻 井程 序设 计 ，然 后选择 能满 足要求 的钻机 。
深水钻机 能力 的需求 很大程度 上取 决于 详细 精确 的钻井计 划 。
１ １井 的类型 ．
为具体的钻井项 目选择合适钻机， 很大程度上要依据所钻的井是探井还是开发井， 以及钻井数量 。
为探 井选择 钻井装 置 时通常应 优先考 虑 以下几 点 ：
（ ） 移动 性和 动／ 员时 间， １ 复 （ ） 操 作的适 应性 ， ２ （ ） 负载 能力 ， ３ （ ） 在恶 劣海况 的工作 能力 。 ４
３ 钻 井装 置 规 格 书
选 择钻机 时 ，主要 考虑 以下所述 的钻 机参 数 。 ３ １钻机 类型 ． 深水 钻井 装置 有锚 泊定位和 动力 定位 ，井架 方 式有 单井架 、双 井架和 一个 半井架 。选 择钻机 时必
须 了解各 种类 型钻机 的优缺 点 。 （）锚泊 定位钻 机 １
孔隙压 力和破 裂压力 之 问的最小 安全 余量发 生在接近 海底 的地方 。
２ ２泥 浆类型和 密度 ． 作业 水深确 定后 ，最大 泥浆密 度决 定 了钻 井隔水 管设计 以及 隔水管张 力器 的能力 。
５ １卷
增刊 ２
刘
健，等 ：深水钻井装置 的选 多使用 合成基 泥浆 。 目前 ，一 些 作业地 区必 须考虑 零排 的要 求 ，钻 井装置 上就 需要 更多 的空间放 置岩 屑干燥 、存储 和处 理的 设备或 岩 屑回注 设备 。要求 合成 基泥 浆零排 放 的地 区 ，排 放
深水锚 泊钻 井装置 多用 悬链线 锚泊 系统 ，悬链 线锚 泊系统 一般适 用水 深小 于 １ ０ ｍ，但 是通 过 复 ５０ 合尼 龙缆代 替钢 缆 ，也 能够扩 展 到 ２ ０ ｍ 水深 使用 。锚 泊系 统重量 主要取 决与 作业水 深和锚 泊系 统 ００ 类型 ，锚 泊系统 重量较 大 时需要 大型抛 锚船进 行 抛锚作 业 。随着 抛锚水 深 的增加 ，能够 作业 的抛锚船 数量大 大下 降 ，而 且租 金很 高，也 限制 了锚泊 钻机 的使用 。
密度 在空 隙压 力和 破裂压 力之 问 ，就 必须 下更多层 套 管，这就 增加 了钻井 费用 。
１ ３ 海洋环境 条件 ． 海 洋环境 条件 风、波 浪、海 流主要 影 响深水钻 井装 置定位 。 海 流造成 的管柱 破坏性 振动 是深水 钻井 作业 的主要 考虑 因素 。 水钻井 主要 应考虑 涡激振 动 的危 深
深水钻井装置的选裂方法233在管子堆场布置附加操作设备起钻下隔水管和防喷器组隔水管替海水增加泥浆比重下套管下钻管子堆场钻杆接到井架立根盒使用的泥浆存储到备用泥浆池拉紧隔水管和防喷器组隔水管上流力增加降低降低增加不变化不变化或者降低增加不变化减少不变化增加不变化不变化或降低甲板载荷不变化可变载荷减少增加甲板载荷重心高隔水管张力器载荷和甲板重量替换根据稳性和压载情况下钻过程中是将甲板载荷替换到大钩上
深水 隔水管 重量很 大 ，对 隔水管 张力器 能力要 求很 高，隔水 管张 力器 的能力要 根据 作业水 深、泥
浆 密度 、环境 条件 、张紧 装置布 置 、摩擦 力、导 向角度 等 因素来进 行校 核 ，并且要有 足够 的安全 系数 。 如果 张紧装 置要在大 于等 于 ７ ％额 定张 紧力 的情 况下工 作 ，就 会导致 加快 磨损和破 坏 。升沉补偿 、补 ５ 偿绞 车 、隔水 管张 力器 的额 定张 紧能力 必须能 够满足钻 机偏 移和船 的动态 Ⅱ 应 。 向