深水海洋石油钻井装备发展现状

深水海洋石油钻井装备发展现状

摘要:为加快我国深海油气开发的步伐,有必要深入调研和跟踪国外深水油气勘探的动态和成功经验,了解国外深水海洋石油钻井装备的结构特点、现状和技术水平。对国外深水半潜式平台和钻井船的特点、现状及发展趋势,深水平台钻机和隔水管系统的发展现状和技术水平,以及深水钻井防喷器系统的工作特点及应用情况做了介绍,对我国深水钻井领域的发展具有指导作用。

关键词: 深水钻井;半潜式平台;双井架钻机;隔水管系统;水上防喷器当今世界油气储量迅速递减,陆上石油资源紧缺问题日渐突出,而占地球面积70%以上的海洋,预计油气储量相当可观。据估计,全世界未发现的海上油气储量有90%是在水深超过1000 m以下的地层中。我国深水海域也十分广阔,蕴藏着丰富的油气资源,但是目前我国的深水钻探开发仍处于起步阶段,深水钻完井技术与国际先进水平相比存在很大差距,在很多方面缺乏自主的关键技术,已成为我国深水油气勘探开发的瓶颈。因此,有必要深入调研和跟踪国外深水油气勘探的动态和成功经验,了解国外深水海洋石油钻井装备的结构特点、现状和技术水平。

1 深水半潜式钻井平台

随着陆地资源的日益枯竭,石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋,坐底式平台、重力式平台、导管架平台、自升式平台等主要作业于浅海区域,随着油气勘探开发日益向深海推进,张力腿平台也显示出其局限性,钻井船和半潜式平台成为主要选择,然而半潜式钻井平台由于具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率等特点,在深海能源开采中具有其他型式平台无法比拟的优势。

1. 1 结构和运动特点

半潜式钻井平台上部为工作甲板,下部为2个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、支持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,到21世纪初,工作水深可达3000 m,同时勘探深度也相应提高到9000～12000 m。据Rigzone网站截至2006207初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。

与固定式平台不同,半潜式平台在工作时漂浮于海面,因而可以不受作业水深的限制,适用于各种水深的海域。在半潜作业时,平台一直处于运动状态。与钻井船相比,半潜式平台由于大部分排水量都集中在水下较深处,这使得平台整体受波浪的影响较弱,在波浪中的运动响应较小,能够适应大多数的海洋环境,与钻井船相比有更好的运动特性。在作业海况下,半潜式平台的升沉≤1.0～1.5 m,水平位移不大于水深的5%～6% ,平台的纵倾角不大于±(2°～3°)。平台的这种运动是在钻井作业所允许的最大运动幅度之内,因而能很好地满足海上作业要求。

1. 2 技术现状

在用深水半潜式钻井平台主要是在美国墨西哥湾、巴西、北海、和墨西哥海域作业。为适应向深水和深井找油的需求,近年来运用综合高科技,国外设计建造了工作水深超过3810 m (12500 ft) 、钻深达到1219m (40000 ft)、钻机绞车功率增至5292 kW (7200 hp)的第6代海上半潜式钻井平台。

2009—04,中国海洋石油总公司投资建造的我国首座3000m超深水的第6代半潜式钻井平台在上海外高桥船厂进坞铺底,该平台预计2010210建造完成,作为中国人走向深海的利器,可以极大地提升中国在深水油气田勘探开发的能力,加快我国南海深水油气资源勘探开发的步伐。

2 深水钻井船

钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种。其移动灵活,停泊简单,适用水深范围大,特别适于深海水域的钻井作业。钻井船主要由船体和定位设备2部分组成。船体用于安装钻井和航行动力设备,并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、减摇设备、自动动力定位系统等多种措施来保持船体定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法,可直接采用推进器及时调整船位。全球现有45艘钻井船,其中额定作业水深超过500 m的深水钻井船有40艘,占总数的88.9%。钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。2006—07,正在钻井的26 艘深水钻井船分布在8个国家。其中巴西8艘,占1 /3;其次是美国,有6艘;安哥拉、印度和尼日利亚分别有4艘、3艘和2艘;中国、马来西亚和挪威各1艘。

3 深水平台钻机

目前,深水平台钻机的作业水深已达3658 m( 12000ft) ,最大钻深12192m (40000ft) 。随着海洋石油作业深度的加大,深水平台钻机的配置也不断提高。Transocean海洋钻探公司根据其丰富的海洋钻井经验,于20世纪90年代提出一个井架内配备2个钻井系统的理念,后来发展成双井架钻井技术。近年来,双井架钻机技术日趋完善,在超深水钻井中体现了其高效性,目前在建的平台和钻井船大多都采用双井架钻机技术。从目前超深水钻井平台来看,双井架的形式主要有2种,即塔形和A形井架。塔形双井架使用的是电驱钻机系统,A形双井架使用的是全液压驱动的钻机系统。

3. 1 A形双井架钻

A形双井架钻机即全液压双井架钻机,主要生产商是致力于液压钻机发展的Maritime Hydraulics公司。这种无绞车、液缸升降型钻机于1996 年开发,研制出的Ram Rig钻机已基本形成系列,大钩载荷1500～10000 kN。全液压驱动双井架钻机首先在WestNavion钻井船上配备使用,钻井船工作水深2438 m、钻深10060 m。经过这些年的发展,全液压驱动双钻机技术已经成熟,在超深水半潜式钻井平台和钻井船上有相当数量的钻机安装使用。

3. 2 塔形双井架钻机

Transocean公司主要采用塔形双井架, 1998 年在堪称世界最先进、最大的钻井船Discoverer Enter2p rise上首先配备了塔形双井架。该船外形尺寸为254.5 m ×38.1 m ×18.9 m (长×宽×高) ,可变载荷1.96 ×105 kN, 设计作业水深3048 m, 钻深10668 m。船上配备的双井架高68.9 m、长24.4m、宽24.4 m,采用2套同类型钻机和相应设备,以及4台驱动功率1. 64 MW的Nat1142P2220型钻井泵,钻井船采用最新的DPS2903DP 型动力定位系统,总功率为6×5.22MW。

4 深水钻井隔水管

钻井隔水管作为井口与平台之间的重要部件,其主要功能是隔离海水、引导钻具、循环钻井液、起下海底防喷器组、系附压井、放喷、增压管线、补偿钻井船的升沉运动等,在勘探和钻采平台、浮式钻井船上得到了广泛应用。

5 深水钻井防喷器系统

深水防喷器组是深水钻井作业安全的重要保障,由于深水钻井作业环境的特