完整版海上钻井工艺技术
海上完井工艺技术和完井理念介绍
海上完井工艺技术和完井理念介绍1、 序言海上油气田完井是海上油气田开发中的一个重要环节，它是衔接海上钻井、工程和采油采气工艺，而又相对独立的系统工程。
它涉及油藏、钻井、海洋工程、采油采气等诸多专业，涵盖上述各个专业的有关内容。
作为油气井投产前的最后一道工序，完井工作的优劣直接影响到海上油气田开发的经济效益。
中国海洋油田的完井自1967年海一平台试采开始，至今已有三十多年的历史。
自1982年中国海洋石油总公司成立以来，近海油气田完井技术就伴随着油田开发进入了快速发展阶段，效果是显而易见的。
1986年海上油气年产当量1000×104吨，1997年油气年产当量超过2000×104吨，预计2005年达4000×104吨（见下图），目前近海自营油田和合作油田开发正处于迅速发展阶段。
在中国近海已投产的24个油气田的整个开发过程中，总体上说完井是非常成功的，绝大多数油气田的可采储量有较大幅度增长，在高速开采下保持油气产量的稳定和增长，达到了配产要求。
根据中海油开发计划，2003-2005年期间，中海油将新增开发井760口，可见完井工作量将是非常大的。
2001年中国海洋石油在海外上市，成立了中海石油（中国）有限公司，提出要争创国际一流能源公司，提高竞争力，公司在多方面加大了科研投入。
就完井生产而言，成立了专门的提高采收率项目组，紧密围绕提高采收率和油井产能，按计划尝试了各种完井新工艺，收到了明显的效果；在此过程中，完井理念也在不断发生变化，从开始传统50010001500200025003000350040004500200020012002200320042005时间(年)油气当量 ( 万方 )的“满足油藏和生产需要，实现采油气要求”，发展到如今的“更好的为油藏和生产服务，以获取最高的最经济有效的油气采收率为目标”，积极探索与油藏更适应的新型完井工艺、方法。
例如：一次多层负压射孔、一次多层砾石充填防砂完井、膨胀筛管防砂完井、裸眼+优质筛管适度防砂完井等。
海洋钻井工程技术简介课件
利用海洋丰富的风能资源，建设海上 风电场，为可再生能源产业提供支持 。
海洋波浪能开发
利用海洋波浪的能量，研发波浪能发 电技术，为偏远岛屿和海上设施提供 电力。
海洋科学研究
海洋地质研究
通过钻井获取海底地层样本，研究海洋地质构造、沉积物分布和地球物理特征 。
海洋生物研究
利用钻井技术获取海底沉积物和岩心样本，研究海洋生物群落、生态系统和古 生物遗迹。
包括半潜式和浮式钻井平 台，可在不同水深作业， 灵活性高。
人工岛
在近岸浅水区建造的人工 岛屿，用于支持钻井作业 。
海洋钻井设备与工具
钻机
泥浆泵
井口装置
防喷器
用于破碎海底岩层，形 成钻孔。
将钻屑从钻孔中排出。
用于控制和密封钻孔的 设备。
在钻井过程中控制井内 压力，防止井喷。
海洋钻井工程设计
地质勘探
智能化与自动化
自动化钻井系统
通过自动化控制系统，实现钻井设备的远程监控和操作，减少人 工干预和操作风险。
智能化钻井决策支持系统
利用人工智能技术，开发智能化的钻井决策支持系统，提供实时钻 井优化方案和风险预警。
智能化钻井装备
研发智能化的钻井装备，如智能钻头、智能稳定器等，提高钻井过 程的稳定性和安全性。
海洋钻井工程技 术简介
目录
• 海洋钻井工程概述 • 海洋钻井工程技术 • 海洋钻井工程应用 • 海洋钻井工程挑战与解决方案 • 未来海洋钻井工程技术展望
01
海洋钻井工程概述
海洋钻井工程定义
01
海洋钻井工程是指利用钻井技术 ，在海洋环境中进行石油、天然 气等资源的勘探和开发的过程。
02
海洋钻井工程涉及多个学科领域 ，包括地质学、地球物理学、海 洋工程学、石油工程学等。
第十章 海上钻井特殊工艺和装置
第十章海上钻井特殊工艺和装置第一节水下井口装置一、水下井口装置的功用组成1、功用隔绝海水、引入钻具、导出泥浆适应升沉、漂移和摇摆的工作环境控制井口2、组成导向装置套管头组防喷器组隔水管柱连接器其它二、水下井口装置各部的作用井口盘：其作用是固定海底井口位置，确定一个开钻基点，并承受井口的重量导引架：其作用是引导其它水下工具就位导引绳张紧器：其作用是保持导引绳的张力恒定，使其不受平台升沉的影响套管头组：其作用是悬持套管连接器：其作用是便于某些水下器具间的快速连接与拆卸防喷器组：其作用在于开启和封闭井口，以便处理和控制井内复杂情况，防止井喷球形、挠性接头：其作用是使隔水管适应钻井船的摇摆、漂移运动，防止隔水管弯曲隔水管: 其主要作用是隔绝海水、导引钻具，造成泥浆的回路.防止隔水管因自重压弯的四种方法：平衡锤法用漂浮材料装同心充气筒隔水管张紧器伸缩隔水管：其作用是适应钻井船的升沉运动，使水下器具不受钻井船上下升沉的影响。
第二节 升沉补偿装置一、使用伸缩钻杆1、结构2、位置：安装于钻铤的上面3、原理4、使用伸缩钻杆的优缺点优：结构简单，维修方便，价格便宜，能基本满足钻井的要求缺：钻压不能调节，承载条件恶劣，增加防喷器的磨损，难以准确确定井深二、钻柱升沉补偿装置1、位置：在游车与大钩之间2、结构组成：液缸活塞（杆）储能器锁紧装置空气动力储罐3、工作原理当平台上升时，游车带动液缸上行，链条因液缸上行而放松，链条放松后，来自链轮及活塞杆的载荷减小，失去平衡，因而活塞下端液体压力大于活塞杆上外载荷，于是，液体压力推动活塞上行，固定在活塞杆上的链轮也随之上升，这样就可使链条继续保持张紧状态，大钩处于基本无运动。
从而不影响钻压变化，保持正常钻井。
平台下沉时，正与上述相反，原理相同。
4、钻压的调节正常钻井时，向上力=向下力w P PA b =+2即，则PA w P b 2−=则5、存在的问题大钩还有少许位移原因工作缸中液体的摩擦影响机械摩擦影响活塞下端液体压缩气罐中气体，使之压缩膨胀对压力的影响n n V P V P 2211=三、死绳恒张力装置1972年研制成功1、结构:主要由定滑轮组、动滑轮组、液缸、高低压储能器、控制台等组成2、死绳恒张力装置工作原理死绳自天车引出后，先经过一个传感滑轮，将拉力大小变成电信号，输送到电控系统和指重表。
海洋钻井装置与工艺(3海洋钻井工艺)
• 在水泥凝固后，再次开钻 前，先用专用下入工具下 入抗磨补心。抗磨补心是 用来保护套管头内部锥面 免受钻进时钻头、钻柱的 碰撞而造成损坏。
抗磨补心
第四步，钻下一层技术套管井眼
• 技术套管的层数也是根据地层压力和地层破裂压力 梯度来决定，只是在各层套管结构和尺寸上，要精 心设计。
• 因为井身结构一旦选定，各层套管的附属设备（如 套管头、抗磨补心、密封总成等）和下入工具都是 配套使用，各尺寸间不能减少和超越。
• 永久导向架上的导引绳一端固定于导向架 上，另一端将在平台上被恒张力的导引绳 张紧。不论平台如何升沉，导引绳总是处 于张紧状态。
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第二步是钻26英寸直径井眼
• 第二步是钻26英寸直径井眼，下20英寸直 径套管。这层套管的作用是用来封隔海底 胶结性很差的地层，通常下至泥线以下大 约300米。
• 在钻20英寸直径套管的井眼时，要求使用 隔水管和一套分离器。用钻井液或海水钻 井，但钻井液或海水必须返到平台上，这 样做的目的是防止万一碰到浅气层时，可 以对其实施控制。
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• 如果表层段有浅气层，则较为复杂。由于此时还 没有表层套管，所以无法安装防喷器系统，钻进 浅气层是在没有防喷器情况下进行，具有一定的 危险性。
• 所以必须要有隔水管系统，能够进行循环，将地 层流体有控制地引导到平台上进行处理。在隔水 管的顶部要安装“旋转防喷器”，实际上是一个 可进行边喷边转的防喷器。
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• 在等待水泥凝固期间，组装并连 接好水下防喷器组（BOP）和隔 水导管下入并连接到套管头上。
• 下入过程中，切记将连接在隔水 管柱上的防喷器不应该关闭，这 与常规下套管（陆上）时向套管 柱里灌泥浆的原理相似。
海底
第三步，钻l7 1/2英寸直径的井眼
海上钻井工艺技术介绍
– 导引绳需有张紧装置。
1.1 海上钻井井口装置
4. 水下井口装置—防喷器系统
– 在地面上组装成为一个整体。利用 导引绳整体下入，并通过快速连接 器与导引系统连接。
– 防喷器控制系统：液液控制系统； 电液控制系统；气动控制系统；
– 闸板防喷器原理：半封式；全封式 – 万能防喷器：
陆上钻井井口
自升平台井口 浮动平台井口
1.1 海上钻井井口装置
3. 水上井口装置
– 固定式平台比陆上 平台井口多了两样：
» 固定平台有隔水管， 陆上没有；
» 固定平台一般有泥 线支撑器，这样可 以将套管的重量交 给泥线支撑器承受。
陆上钻井井口
1.1 海上钻井井口装置
3. 水上井口装置
– 自升式与固定式平台的井 口的区别：
1.1 海上钻井井口装置
3. 水上井口装置
– 泥线支撑器和泥线悬挂器的区别：
» 泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂器用于移动 式钻井平台；
» 泥线支撑器的套管挂之间仅存在悬挂关系，即内层套管 悬挂于外层套管的座环上，两层套管之间的密封在在平 台上的套管头处；而泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在 悬挂关系，而且两层套管的密封也在悬挂器处。
– 桩入法
» 用打桩机将导管打入海底泥线以下一定深度。
» 主要是起隔水管的作用；
» 适应水深较浅。
» 主要用于固定平台。
– 钻入法
» 先用钻柱带钻头钻进，钻出井眼；
» 起钻后下导管到预定井深；
» 用钻杆插入法进行固井；
» 适用于水深较深海域；
1.2 海上套管程序
2. 导管井段的施工—浮动式 平台（常规法） – 第一步：送下井口盘。 » 用钻柱带伸缩钻杆， 带送入工具。送到 海底后，钻柱正转， 即可脱开送入工具。 » 井口盘上带临时导 引绳。 » 起钻。
海洋石油钻井设备与工艺
• 1）自升式钻井平台 • 自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成， 平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下 放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度， 并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致 下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起， 整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。1953年美 国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强， 工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总 数的1／2。我国自行制造的自升式钻井平台“渤海一 号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的 高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。 该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适 应性强，因而，我国海上钻井多使用自升式钻井平台。 • 钻井平台桩腿的高度总是有限的，为解决在深海 区的钻井问题，又出现了漂浮在海面上的钻井浮船。
双： • 1. 井架、绞车、天车、游车、顶驱（转盘）、 泥浆泵、大钩、水龙头。 • 2. 钻台设备 • 3. 钻杆运输系统 • 4. 司控房 • 5. 钻井仪表、控制软件 • 6. 其它相关设备和工具
第一节 海洋钻井平台
海洋钻井平台（drilling platform）就是用于海洋 钻井的一种大型海上结构物。平台上装有钻机及动力 系统、通讯导航设备、安全救生和人员生活设施。是 海上油气勘探开发不可缺少的手段。海洋钻井平台主 要分为移动式平台和固定式平台两大类： （1）移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、 半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台 。 （2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、 深水顺应塔式平台等。
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海洋钻机的典型型式: • 常规钻机 • 半自动化钻机 • 全自动化钻机 • 双区作业钻机
• 常规钻机
海上钻井新技术
第八章
海上钻井新技术
钻井是石油开发最主要的手段之一。通过钻井才能证实勘探地区是否含油 以及含油多少； 通过钻井才能将地下的油气开采出来。钻井技术水平不仅直接影 响到勘探的效果和油气的产量， 而且关系到油田开发总成本的高低 （钻井成本一 占油气田开发阶段投资的 &"# $ %"# ） 。因此， 般占勘探阶段成本的 !"# $ %"# ， 提高钻井技术水平和钻井效率， 降低钻井成本， 对油气田开发具有重要意义。一 个国家拥有的钻井设备数量、 年钻井进尺、 钻井口数往往是衡量这个国家石油开 发水平的重要标志。海上钻井方法及工艺技术和陆地钻井基本相同， 所不同的是 在海洋环境中， 需隔着巨大水体作业而有其特殊性。
钻井工程新工艺、 新技术与设备检修实用手册 ・ 7%$ ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
（二） 定向井 石油钻井中除垂直井外， 按设计方位打的井都称为定向井， 包括水平井和斜 直井。随着向钻井技术的发展和完善， 大水平位移和 !" 年代以来朝着大斜度井、 钻水平井方向发展。前世界上定向井最大水平位移为 # $%" &， 水平井延伸长度 超过 ’ """ &。 ’( 水平井 水平井是 )"*的定向井。由于水平井能增加开发油层的裸露面积， 提高油层 的产油量和油田的采收率， 所以水平井技术从 !" 年代开始发展起来。我国自渤 海 +,-! . ’ 油田成功地钻出一口水平井后， 现已广泛应用到海上油田开发中。 -( 斜直井 斜直井也是定向井的一种， 钻这种井采用专用的斜井钻机， 通过井架机构来 调和方位， 从井口至井底保持同一斜角。用这种钻机与常规直井钻机打定向井相 易定向、 操作方便、 钻进速度快， 它代表了新一代钻井设备的发展趋向。我国胜利 油田在埕岛油田开发中， 首次引进斜井钻机打生产井。 海上油田在开发时只建立为数不多的几个平台。因此， 往往要在一座平台上 钻一定向井簇， 称为丛式井。井口间距离 （井距） 一般为 - / 0 &， 井簇中包括一垂 直井， 多口定向井， 控制地下一定出油面积。丛式井可以减少海上平台的建设费 用， 又便于油井的生产管理， 所以广泛用于海上油田开发。在一座平台上钻井最 共钻了 )% 口井。我国钻丛式 多的是美国加里福尼亚圣巴巴拉海峡的 12345 平台， 井技术已达国际先进水平， 在海上油田开发中， 均采用丛式钻井技术。如渤海埕 北油田， 在 % 6&- 油田面积上用两座平台钻 #$ 口生产井。目前在陆上油田开发 中， 为了少占耕地， 便于油井集中管理， 也推广丛式钻井技术。图 ! . ’ . ’ 为定向 井示意图。
海上钻探技术措施
海上钻探技术措施第一篇：海上钻探技术措施近岸海上钻探施工方法的探讨1海上钻探的类型和施工基理海上钻探分漂浮式和架空式二类。
漂浮式钻场以船筏为主，也包括浮箱与油桶等。
钻架的固定及钻孔定位较复杂，在施工过程也会受到海水潮汐的起落、风浪等影响。
海底表层一般为淤泥或其它沉积物，易受水流和水压影响，由于岩芯易流失，对这些地层的触探试验，取原状土样等比较严格，故在保证钻孔质量方面尤其重要。
我院于20世纪80年代进行海上钻探，到目前已在北部湾施工完成多个代表项目，施工部份项目及完成孔数、工作量见表l。
2钻探用船的选择根据钻孔深度及使用的钻探设备大小来选择，并按海上海水流速、水深和浪、潮汐大小而定，船只可选木质、钢质、单或双体船、油桶等，同时应考虑在钻进和起下套管的动载荷达到一定的安全系数，海上钻探船的选择可参照表2。
3钻探设备选用和安装 3.1钻探设备的选用我院从事的海上钻探都是工程地质钻探，施工孔深一般在50m以内，口径要求φ150mm，终孔为φ110mm，由于海上施工，钻场易受水流及风浪等影响，而且要求采用静压法取原状土样，故选用的钻探设备功率一般要求大些。
钻机：中日技术合作合浦南流江出海口滩涂钻探选用XU600型，其它工程用CY100型和150型。
水泵：XU600型钻机配用BW250/50往复式泥浆泵，CY-100型和150型钻机配用BW-160往复式泥浆泵；④用泥浆钻进时可作泥浆回收引流管。
可见选用和下好保护套管及为重要。
(3)如遇到风浪较大侵袭时，应将保护套管接长，防止钻船颠簸上升时套管被基台和船体压断，同时在保护套管下部系上绳子和浮标作标志，遇套管在水中断折时便于打捞。
136西部探矿工程2008年第9期5．2加设保护孔口套管的活动导向管加设保护活动导向管的作用是在施工中因受潮汐和风浪影响，造成钻船起落不定，使出露的套管接长和拆卸增加麻烦，用活动保护导向管来保证套管在随潮汐起落时都能够在活动导向管内，不致影响钻进施工时离开孔位。
海上钻井工艺技术课件
– 隔水管系统：
» 作用：隔离海水；形成泥浆循环通道；
» 包括：隔水管；伸缩隔水管；挠曲接头及球接头； 张紧绳及张紧系统；
– 快速连接器：
» 快速连接和拆卸上述三部分。
1.1 海上钻井井口装置
• 水下井口装置—导引系 统
– 井口盘用水泥浇铸成钢 骨水泥结构；
– 送入井口盘应该有临时 导引绳；
– 用临时导引绳将导引架 及导管送入并座位；
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式 平台（常规法） – 第二步：钻孔。
» 依靠临时导引绳下钻， 使钻头准确进入井口盘； 钻柱上带伸缩钻杆；
» 用海水“有进无出”法 钻出36“的井眼；钻完 后立即用高粘度泥浆替 入。防止海水浸泡井眼 垮塌。
» 起钻。
导向臂
1.2 海上套管程序
• 导管井段的施工—浮动式平台 （常规法）
第一章 海上钻井工艺技术
1.1 海上钻井井口装置 1.2 海上套管程序 1.3 海上井控技术 1.4 海上固井技术 1.5 海上泥浆技术 1.6 海上完井与测试 1.7 双梯度钻井介绍
1.2 海上套管程序
• 海上套管程序的系列化
– 由于井口装置的防喷器体积很大，一般一个平台只 搞一套防喷器组。每个钻井平台根据自己的特点， 选定一套适应防喷器组的套管程序，以后就基本上 不再改变。
» 对油层的损害； » 造成巨大的资金损失。
海洋石油钻井工艺
海洋石油工程钻井工艺工程海洋钻井前先将钻井机械装在定位于海中的平台，钻井工艺基本上与陆地钻井相同。
但由于钻井装置和海底井口之间存在着不断动荡的海水，因此海上钻井具有特殊性。
一钻井平台的选择钻井平台主要分为活动式平台，固定式平台，半固定的张力腿式平台，拉索塔式平台其主要依据是水深，海底地质条件，海洋环境，钻井类型，后勤运输条件等活动式平台，由于机动性能好,故一般均用于钻井。
坐底式平台特别适合于浅海(10米左右及岸边的潮间区)油田的钻井和采油工作。
自升式平台和半潜式平台主要是供钻井之用，当油田的规模很小而又不宜设置固定式平台时，也可做采油用。
活动式平台整体稳定性较差，对地基及环境条件有一定的要求。
固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小,抗风暴的能力强。
缺点是机动性能差,一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。
桩基平台属钻井、采油平台,工作水深一般在十余米到200米的范围内（个别平台超过300米）,是目前世界上使用最多的一种平台。
从设计理论和建造技术来衡量，它都是一种最成熟和最通用的平台型式。
钢筋混凝土重力式平台是70年代初开始发展起来的一种新型平台结构，目前主要用于欧洲的北海油田。
这种平台具有钻井、采油、储油等多种功能，水深在200米以内均可采用，最佳水深为100～150米。
半固定的张力腿式平台及拉索塔式平台是两种适合于大深度海域（200米以上）的平台结构。
是近年来发展起来的新结构型式，具有明显的优点。
但仍处于研究试制的阶段。
活动式平台，由于机动性能好,故一般均用于钻井。
坐底式平台特别适合于浅海(10米左右及岸边的潮间区)油田的钻井和采油工作。
自升式平台和半潜式平台主要是供钻井之用，当油田的规模很小而又不宜设置固定式平台时，也可做采油用。
活动式平台整体稳定性较差，对地基及环境条件有一定的要求。
固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小,抗风暴的能力强。
缺点是机动性能差,一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。
第三章 海上钻井工艺技术
海上钻井工艺技术1海上钻井工艺技术第一节海上钻井井口装置第二节海洋钻井过程升沉补偿装置第三节海上钻井设备的特殊问题第四节各次开钻的施工及井口安装2第一节海上钻井井口装置海上井口装置的主要功用：1、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和压井；2、将平台井口和海底井口连接起来，引导钻具进入井眼，并隔绝海水，在钻柱外形成环形空间，以便在钻进时循环钻井液。
3第一节海上钻井井口装置一、水上井口装置1、水上井口装置与陆上井口装置的区别：（1）水上井口装置有一个长长的隔水管，穿过整个海水层（2）水上井口装置的隔水导管上有一个泥线支撑器（悬挂器），而陆上没有。
5第一节海上钻井井口装置一、水上井口装置所谓“泥线”，就是海水与海底交界之处，即海底的表层处。
此处乃是一层淤泥，所以称为泥线。
6第一节海上钻井井口装置泥线支撑器的作用:(固定平台钻井)将各层套管的重量悬挂在泥线处。
这样可以大大减轻固定平台的承重。
每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。
泥线支撑器以上的套管延长到平台上。
7第一节海上钻井井口装置泥线悬挂器的作用:(移动平台钻井)泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。
每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。
悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延长到平台上。
在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来，这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。
钻完井后，平台可以移走，泥线以上的海水中没有套管。
8第一节海上钻井井口装置泥线支撑器与泥线悬挂器区别1.泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂器用于移动式钻井平台；2.泥线支撑器的内层套管悬挂于外层套管的座环上。
两层套管之间的密封在平台上套管头处。
而泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，而且两层套管之间的密封在悬挂器处。
9第一节海上钻井井口装置二、水下井口装置1、水下井口装置的使用背景及特点2、水下井口装置的系统组成10第一节海上钻井井口装置1、水下井口装置的使用背景及特点井口装置具有补偿浮动钻井平台随海水运动产生的6个自由度的运动。
海洋钻井新技术
一、多梯度钻井技术多梯度钻井（Multi-Gradient Drilling是基于空心球双梯度钻井技术的原理，在其基础上改进形成的技术，该技术未实际应用，仍处于一种概念中。
多梯度钻井，是将轻质介质在海底以下环空中一点或多点注入，在返回环空中产生多个压力梯度。
采用双梯度钻井，井眼压力曲线是从海底延伸的直线；采用多梯度钻井，井眼压力是以注入点为节点的多条曲线。
多梯度钻井能比双梯度钻井更好的匹配海底地层的压力间隙，使井底压力在较长的距离内介于地层压力和破裂压力之间。
双梯度钻井多梯度钻井优点：①因为没有钻井液的稀释，可以达到较高的HGS（空心玻璃球）浓度，50%~60%；②钻井液返回海面后不必分离HGS，可重新循环；③如果不考虑环空内岩屑的重量，隔水管内钻井液密度和钻杆内钻井液密度相等，不会产生U型管效应；④设备所占空间少，系统操作和控制相对简单。
主要装置：随钻分离注入装置(安装在钻杆和钻杆之间连接)，井下安全阀，钻井液处理装置。
其中钻井液处理装置包括：振动筛、泥浆池、输送泵和旋流分离器、钻井液存储池和泥浆泵等。
实现方法及过程：采用井下喷射接头是最为经济和适宜的。
HGS先经钻杆泵送到海底，然后经随钻分离注入短节从钻井液中分离出来，注入井眼环空，分离后不含HGS的钻井液通过钻头后进入井眼环空。
采用该方法，HGS的注入点位置随钻进不断变化，井眼环空将产生一条变化的压力梯度曲线。
原理：在实际钻井中，空心球和钻井液按照一定的比例在海面的泥浆池混合，通过泥浆泵和钻杆进入井下，到达随钻分离注入装置，随钻分离装置将空心球和钻井液分离开来，钻井液通过注入模块返回钻柱内继续循环，轻质空心球通过空心球注入模块进入井眼环空，与从井底返回的钻井液混合，形成新的钻井液和空心球混合物，降低钻井液密度，在井眼环空中形成两个密度梯度，当在钻杆中连接多个随钻分离注入装置，就会在井眼环空中形成多个不同的环空压力梯度，实现多梯度钻井。
井底压力计算：H表示水深，h(t)表示海底到井底的距离，则钻井的总深度D为：D =H+h(t) 根据钻井实际的需要可以设置一个或多个注入点，这些注入点位置可以固定，也可以随钻柱移动而移动。
海洋钻井海上钻井工艺技术方案
海洋钻井工程
第二章 海上钻井工艺技术
泥线支撑器与泥线悬挂器区别 1.泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬 挂器用于移动式钻井平台；
2.泥线支撑器的内层套管悬挂于外层套管的 座环上。两层套管之间的密封在平台上套管头处。 而泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系， 而且两层套管之间的密封在悬挂器处。
20Βιβλιοθήκη 4 4 3 2 1 1防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
半封闸板防 喷器是防喷器的 主要部分。
在出现井喷 溢流时，它可以 抱紧钻杆本体， 封闭钻杆外环形 空间。通过上下 两个半封闸板防 喷器的配合，可 以在井喷溢流情 况下，强行起钻。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
全封闸 板防喷器， 是当井内没 有钻柱并需 要关井时使 用。
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海洋钻井工程
弯曲接头： 挠性接头，球接头。弯曲接头处在隔水管系统 的最下端。 弯曲接头的作用 补偿钻井平台的平移和摇摆运 动。
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球形挠性接头 此接头装在隔水管柱的下部，允许弯成一定角 度，以使隔水管适应浮动钻井平台或船的摇摆、平 移等运动。目前常用的有以下几种结构形式：
l ）压力平衡式球形挠性接头
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海洋钻井工程 一般当工作水深超过 3l m 时，应有张紧器使其承受
拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超 过 250m 的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临 界压弯长度可按下式计算：
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海洋钻井工程
海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越 大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增 大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管 管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系 以铝制浮筒（筒内充以高压气体），以便增大在 海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。
海洋钻井海上钻井工艺技术
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海洋钻井工程
2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统
导引系统包括： 井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。
导引系统是整个水下井口装置的基础。
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海洋钻井工程
井口盘是第一个 被安放在海底的圆饼 形部件。中心开孔， 孔内有与送入钻具配 合的“J”槽。用于确 定井位，并固定水下 井口。
将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以 大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利 用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑 器以上的套管延长到平台上。
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第二章 海上钻井工艺技术
泥线悬挂器的作用:(移动平台钻井 )
泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。每 层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。 悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延 长到平台上。在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来， 这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。钻完井后，平台 可以移走，泥线以上的海水中没有套管 。
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海洋钻井工程
半封闸板防 喷器是防喷器的 主要部分。
在出现井喷 溢流时，它可以 抱紧钻杆本体， 封闭钻杆外环形 空间。通过上下 两个半封闸板防 喷器的配合，可 以在井喷溢流情 况下，强行起钻。
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最顶部是两个万能防 喷器(也称为多效能防喷器， 或球形防喷器)。
优点：万能防喷器可 以抱紧任何尺寸的钻柱， 可抱紧钻铤，钻杆本体或 接头，套管，电缆，钢丝 绳，甚至可以全封。
第三章 海上钻井工艺技术
第三章海上钻井工艺技术§3-1 井口装置一、井口装置的组成Array 1.导引系统2.隔水管系统3.防喷器系统4.套管悬挂系统5.水下电视、机械人等水下监视及维修设备。
104二、井口装置的作用1.隔绝海水形成海底井口至平台间的通道，以便导入钻具，循环泥浆。
2.补偿运动隔水管能上下伸缩，并能倾斜一定角度，以补偿浮动平台或船的升沉、平移和摇摆运动。
3.控制井口防喷和压井等。
三、井口分类1．水上井口防喷器在水面以上，适用于底撑式平台；2．水下井口防喷器在水面以下，适用于浮动平台。
//////////////陆上钻井井口固定平台井口自升平台井口浮动平台井口105106 四、套管悬挂位置1． 悬挂在平台上适用平台：导管架钻井平台特点：利用导管隔绝海水，其余类似于陆上钻井。
2．悬挂在海底泥线支撑器上将各层套管的重量支撑在泥线上，可减轻平台负荷。
五、泥线悬挂器的类型1．需要回接的泥线悬挂器2． 不需要回接的泥线悬挂器用水下采油树采油107§3—2 导引系统1．井口盘作用：座于海底，确定井位，并固定水下井口。
结构：由钢板和钢筋焊接而成，中间灌注混凝土。
外径可达3ｍ，内径约0.75ｍ，高0.75ｍ左右。
2. 导管及导向架导管头：挂在井口盘上；导管：直径约0.75ｍ；长约30～60ｍ；每根长15ｍ或20ｍ。
导向架：焊在导管上头组成：四个支柱，支柱上栓有导向绳作用：引导防喷器组就位；引导套管及套管头就位。
图2-5 导引架安置过程108导引装置全图109 3．导引绳张紧器作用：使导引绳长度随平台的升沉而伸缩工作原理:浮动平台下沉→导引绳张力减小→通过上滑轮传递到活塞上的力小于液缸中的压力→活塞上移→上下滑轮间距增加→张紧绳恢复到恒定张力。
平台上升→导引绳张力增加→上滑轮传递到活塞上的力大于液缸中的压力→活塞下行→上下滑轮间距缩短→张紧绳恢复到张紧状态张紧器布置图110§3—3 隔水管系统隔水管系统包括隔水管、伸缩隔水管、球接头和隔水管张紧装置等。
海上钻井工艺技术
（1）水上井口装臵有一个长长的隔水管， 穿过整个海水层 （2）水上井口装臵的隔水导管上有一个 泥线支撑器（悬挂器），而陆上没有。
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海上钻井工艺技术
泥线支撑器的作用:(固定平台钻井 ) 将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以
大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利
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一般当工作水深超过 3l m 时，应有张紧器使其承受
拉力，还可以在管外加浮室以增加浮力。对于工作水深超 过 250m 的隔水管柱必须另外进行设计。一般隔水管的临 界压弯长度可按下式计算：
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海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越 大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增 大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管 管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系 以铝制浮筒（筒内充以高压气体），以便增大在 海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。
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弯曲接头： 挠性接头，球接头。弯曲接头处在隔水管系统
的最下端。
弯曲接头的作用 补偿钻井平台的平移和摇摆运
动。
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海洋钻井工程
球形挠性接头 此接头装在隔水管柱的下部，允许弯成一定角
度，以使隔水管适应浮动钻井平台或船的摇摆、平
移等运动。目前常用的有以下几种结构形式：
l ）压力平衡式球形挠性接头
配合连接，连接时只要将母接头套入公接
头并下压，公接头上的钢圈即可进入母接
头的槽内并互相锁紧。
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隔水管的长度取决于海水的深度。显然在海 水很深的情况下，隔水管系统的重量将很大。在 自重作用下，隔水管可能被压弯；另外，隔水管 在海水中受到海水运动的作用，要承受很大的横 向力，也会使隔水管弯曲。所以隔水管系统需要 张紧。隔水管系统的张紧装臵，原理上与导引绳 的张紧相同，但需要的张紧力更大。
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防喷器系统各：
(1)在井内有钻柱，遇到 台风或其他紧急情况，需要 立即撤离平台，又来不及起 钻，这时使用剪切闸板迅速 将井内钻柱剪断，平台即可 撤离。
(2)发生井喷事故，井 喷流体从钻柱内孔喷出，此 时为了紧急控制，使用剪切 闸板迅速将钻杆挤扁，封住 内孔，制止井喷。
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海上钻井工艺技术
泥线支撑器与泥线悬挂器区别 1.泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂 器用于移动式钻井平台； 2.泥线支撑器的内层套管悬挂于外层套管的座 环上。两层套管之间的密封在平台上套管头处。而 泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，而且 两层套管之间的密封在悬挂器处。
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海洋钻井工程
海上钻井工艺技术 二、水下井口装置
1、水下井口装置的使用背景及特点 2、水下井口装置的系统组成 3、本节重点
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海上钻井工艺技术
1、水下井口装置的使用背景及特点
井口装置具有补偿浮动钻井平台随海水运动产生的6 个自由度的运动。补偿升沉运动的伸缩部件，补偿平移和 摇摆运动的弯曲部件（挠性接头或球接头）。
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导引绳张紧系统
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（2）防喷器系统 防喷器系统是水下井口装置的核心部分 。 包括： 万能防喷器 剪切闸板防喷器 半封闸板防喷器 全封闸板防喷器 四通及压井防喷管线 防喷器控制操作系统等。
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水下井口防喷器组
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防喷器组一般采 用 3~5 个防喷器， 通过连接器与套管连 在一起。整个防喷器 组外面有框架，框架 的套管套在导向绳 上.
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井口盘及送入工具
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导引架结构：有四个导 引柱，每根柱上有一根永久 导引绳。
有的导引架上还固定有 水下摄影或水下电视系统。 导引架固定在导管上，并随 导管一起下入。下入时，依 靠井口盘上的临时导引绳， 准确进入井口盘的内孔，并 将导引架坐在井口盘上。然 后将井口盘上临时导引绳割 断。井口盘和导引架固定后 就成为一口井永久组成部分。
水下安装要有一套 远程遥控操作系统。必 要时还要有潜水作业装 置或水下机器人操作。
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水下井口装置示意图
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2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统 (2)防喷器系统 (3)隔水管系统
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海洋钻井工程
2、水下井口装置的系统组成
(1)导引系统
导引系统包括： 井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。
海洋钻井工程
最顶部是两个万能防 喷器(也称为多效能防喷器， 或球形防喷器)。
优点：万能防喷器可 以抱紧任何尺寸的钻柱， 可抱紧钻铤，钻杆本体或 接头，套管，电缆，钢丝 绳，甚至可以全封。
缺点：万能防喷器承 受压力的能力有限，不能 承受很高的压力。所以， 万能防喷器仅仅在闸板防 喷器不能起作用的时候使 用。
伸缩部件和弯曲部件存在密封问题，只能承受低压。 防喷器系统必须放置在这些部件的下面，因为防喷器 关闭时防喷器以下将是高压。
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海洋钻井工程
固 定 钻 井 平 台
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水上井口装置
升 沉 平 移 摇 摆
浮 式 钻 井 平 台
水下井口装置
海洋钻井工程 隔 水 管 系 统
防 喷 器 系 统 导 引 系 统
水下井口装置通常 是在地面上预制成三大 组合—导引系统，防喷 器系统和隔水管系统。 在海上作业时，用快速 连接器将两个组合连接 起来。
导引系统是整个水下井口装置的基础。
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井口盘是第一个 被安放在海底的圆饼 形部件。中心开孔， 孔内有与送入钻具配 合的“ J”槽。用于确 定井位，并固定水下 井口。
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井口盘上一般有两条临时 导引绳。
在平台上，将井口盘与其 送入工具连接，送入工具上接 钻柱，不断接长钻柱就可将井 口盘下放到海底，倒转钻柱可 退出送入工具，并起出钻柱。 井口盘依靠巨大的重量固定在 海底，这就确定了海底井口的 位置。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
半封闸板防 喷器是防喷器的 主要部分。
在出现井喷 溢流时，它可以 抱紧钻杆本体， 封闭钻杆外环形 空间。通过上下 两个半封闸板防 喷器的配合，可 以在井喷溢流情 况下，强行起钻。
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
全封闸 板防喷器， 是当井内没 有钻柱并需 要关井时使 用。
1、水上井口装置与陆上井口装置的区别： （1）水上井口装置有一个长长的隔水管， 穿过整个海水层 （2）水上井口装置的隔水导管上有一个 泥 线支撑器（悬挂器），而陆上没有。
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泥线支撑器的作用 :(固定平台钻井 ) 将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以
大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利 用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑 器以上的套管延长到平台上。
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海洋钻井工程
海上钻井工艺技术
第一节 海上钻井井口装置
海上井口装置的主要功用：
1、安装防喷器，控制井口，实现防喷、放喷和 压井；
2、将平台井口和海底井口连接起来，引导钻具 进入井眼，并隔绝海水，在钻柱外形成环形空间， 以便在钻进时循环钻井液。
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海上钻井工艺技术
一、水上井口装置
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防喷器系统各组分部件
海洋钻井工程
压井和放 喷管线，自四 通接出，一直 延伸到平台上。
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海上钻井工艺技术
泥线悬挂器的作用 :(移动平台钻井 )
泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。每 层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。 悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延 长到平台上。在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来， 这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。钻完井后，平台 可以移走，泥线以上的海水中没有套管 。
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导引架安装过程
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永久导引绳的一端固定在导引 柱上，另一端固定在平台上。
由于平台随海水运动有上下升 沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。 松弛时显然起不到导引作用，张力 太大，又有可能将张紧绳拉断。所 以需要有恒张力装置来张紧导引绳。 导引绳也是利用气液弹簧原理提供 恒张力的。导引绳通过复滑轮系统 缩短气液弹簧的液缸活塞行程。