水下井口
水下井口及采油树讲义PPT
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防止渔网拖挂及落物保护
1. 水下设备远离固定平台 ，并处于捕鱼作业区。 水下井口的上方水面没 有任何设施，渔船很容 易闯入该区域而用渔网 拖挂坏在海底的水下生 产设备。 水下生产系统的防落物 和渔网拖挂的整体保护 结构主要由采油树基座 框架、采油树整体框架 结构和采油树顶盖组成 。 采油树系统顶部落物保 护的设计参数为50千焦 /0.012平方米。 在设计控制脐带缆分配 盒安装位置时考虑了把 分配盒安装在采油树基 座的下面，从而节约了 额外对分配盒的保护及 相关费用。
惠州26-1北油田水下开发项目
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惠州26-1北油田水下开发项目
惠州26-1油田生产平台
扫线管线
气举管线
生产管线
控制脐带缆 采油树基座 控制管线分配盒
水下采油树
ROV操作面板
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惠州26-1北油田水下开发项目
项目在设计阶段采用了技术创 新，包括扫线回路、防止渔网拖挂 及落物保护等是措施，使油田在8年 的生产期间水下设施没有发生任何 事故而影响生产，节省了大量的作 业费。
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扫线回路的设计
1. 惠州26－1北油田油品性质差， 属高比重、高含蜡和低油气比原 油。而油田处于台风高发区，经 常需要关井撤离，关井期间存在 着原油凝固而堵塞管线的风险。 为了解决这个技术难题，项目组 在研究了几个方案后选择了扫线 回路的设计，即在生产管线和气 举管线的基础上再铺一条4英寸 的扫线管线，并在采油树基座上 和生产管线形成回路。需要扫线 时，从平台泵水通过扫线管线， 再经过采油树基座的回路管线把 生产管线的原油顶回平台，这样 就可以安全关井。 另外，本项 目把联通扫线管线和生产管线的 回路短接安装在采油树基座里， 从而大大简化了制造和海上安装 的界面。
水面井口保留法
水面井口保留法
水面井口保留法：定义：钻井船撤离以前，在井口隔水套管外打入一高出水面大直径的焊接圆管或混凝土管柱，封上口，装上航标。
特点：简单，但受环境影响大，不能作长期井口保护。
水下井口保留法：打完井后，下入支撑井口水下井口基盘，将井内下入各层套管的重量支撑在泥面以上；为确保井口保留的质量及回接成功，可在井内下入泥线悬挂器，接上隔水管快速接头和遥控接头，安上隔水管防护帽，井口高出泥面2.5-10m；
水下采油的优点：1可避开如风、浪、流、冰山、浮冰和航船等恶劣的海面条件的影响，采油设备处于条件相对稳定的海底；2能和各种平台、油轮组成不同类型的早期生产系统，以适应不同海况油田开发的需要。
3能充分利用勘探井、探边井，使其成为生产系统中的卫星井，或短期内进行早期生产，收集油层资料，尽快回收投资；4不再使用昂贵的海上平台，对深水区，可极大地节省投资；5省去了平台操作人员，节省生产管理操作费用；。
水下井口完井井筒清洁常用技术探索
水下井口完井井筒清洁常用技术探索摘要：随着在南中国海不断有新油田的发现，采用水下井口开发的油气田也越来越多。
相对于传统导管架平台，水下井口的钻完井有其特殊性。
完井作业中的井筒清洁问题给作业带来极大的挑战和困难，因此也越来越受到重视。
国外水下井口完井经验表明30%的非生产时间来自井筒清洁问题。
本文将介绍水下井口完井井筒清洁的重要性以及常用的清洁工具。
关键词：水下井口完井；井筒清洁一水下井口完井常见井筒清洁问题钻井作业结束后井筒清洁程度实际上是相当差的，如右图，地面收集的碎屑相当丰富，常见的碎屑主要表现在岩屑、水泥、铁锈、橡胶、金属等。
国外水下井口完井经验表明30%的非生产时间来自井筒清洁问题。
由此可见，在某种意义上说井筒清洁程度很大程度上决定事故和复杂情况发生的概率。
我国海上油气田的开发至今已有30多年历史，但开发的油气田大多位于滩海、浅海、近海。
目前随着深水区域的油气田发现，我国海洋石油也开始逐步走向深海，采用水下井口开发的油气田也越来越多，像早期LH11-1油田，到近年来的自主开发的水下井口油气田。
仅从国内海洋石油应用水下采油树开发油气田的作业情况来看，井筒清洁问题是导致非生产时效产生的一个重要因素，根据以往的作业经验，某气田水下井口完井时充分考虑了井眼清洁问题，全面使用了清洁工具，作业上有效的避免了井筒清洁问题带来的复杂情况。
井筒清洁不够常常给作业带来挑战，给作业造成复杂情况，常见的复杂情况主要有：1）下部完井管柱，例如防砂管柱，下入不顺利，提前遇阻、坐挂失败，无法正常下至井底；2）上部完井管柱，下入不顺利，提前遇阻、坐挂失败，无法正常下至设计要求，例如插入密封无法到位；3）油管挂无法正常到位，油管挂锁紧困难或锁紧失败，严重时导致起管柱；4）油管挂等工具的特殊连接接头撞伤、损坏，例如油管挂上的各种井下穿越接头；5）钢丝作业下入工作筒坐封堵头困难，严重时无法下入坐封堵头，导致坐封生产封隔器失败；6）钢丝下入油管挂堵头困难；7）井下工具密封容易被磨损，导致相关作业失败，例如上部完井插入密封、生产封隔器胶皮、油管挂密封等容易被损伤，导致密封失效；8）采油树内树帽到位、锁紧困难。
水下井口组合环空密封件的设计
1 水下井口金属与非金属组合环空密封件结构设计在实际的深海油气开采过程中，水下井口安装到位后，应安装相配的承载环，随后按照尺寸由大到小的顺序将相应尺寸的套管挂依次下入至水下井口中。
此时在水下井口和每一层套管挂之间均形成环空间隙。
钻井过程中遇到的高压油气会通过这些环空间隙冲击环空密封，如若环空密封失效，轻则造成油气泄漏，产生污染，重则发生爆炸，造成人员伤亡。
为了防止此类情况发生，在每一层套管挂和水下井口之间形成的环空间隙均应安装环空密封件，在每一层套管挂安装完成后，下入一个井口环空密封包。
密封包安装到位后，金属与非金属组合密封件被激发，密封件与接触面发生挤压(产生弹性形变)形成预密封，同时两道锁紧环被撑开，分别进入水下井口和套管挂上设置的限位槽，起到对井口密封包限位的作用。
水下井口环空密封具体结构如图1所示。
图1 水下井口环空密封结构示意(激发状态)井口环空密封包的核心部件是金属与非金属组合密封0 引言浮式钻井系统水下井口安装时，随着不同尺寸套管悬挂器逐层进行安装，各层套管悬挂器与井口本体之间形成环空间隙，为了防止环空间隙出现流体泄漏，须设计相应的耐高压密封件对水下井口和套管悬挂器之间的环空间隙进行密封，该类环空密封件对于水下生产系统的安全生产起到了关键作用。
侯超等[1]对水下井口系统用主要密封装置进行研究，总结出密封材料选取、密封结构设计、密封装置加工及密封装置下方技术等水下井口系统密封技术关键点。
李振涛[2]对油管悬挂器MEC 密封结构的基本设计及性能进行研究，通过ABAQUS 软件对34.5 MPa ，20～120 ℃的工况条件下不同压缩量、不同油压等参数条件密封件的密封性能进行有限元分析，得到了此型密封件较为合理的设计数据。
张凯等[3]对水下采油树油管悬挂器密封结构作介绍，并结合国外著名制造公司的产品对其发展现状进行详尽分析，对比了不同类型密封件的性能，总结出水下生产系统密封的关键技术及未来的发展趋势。
半潜式钻井平台水下井口扶正技术及其现场实践
半潜式钻井平台水下井口扶正技术及其现场实践邵诗军;赵宝祥;罗鸣;陈浩东;徐一龙【摘要】The stability of subsea wellhead is very important for safe and successful drilling operation on semi-submersible drilling platform and would be influenced mainly by the factors, well structure, cement job quality of surface level and oceanic condition, etc. The failue of any factor mentioned above could damage the stability of subsea wellhead and cause the subsea wellhead inclined severely and well-bore abandoned. In order to reduce the economic loss and resume the normal operation after the well hole is inclined, it is neccessory to center the inclined subsea wellhead. This article describes the job procedure, technologic characteristics and notabilias for subsea wellhead centering of YC 13-8-1 well in the west of the South China Sea. Through the practical operation, a set of subsea wellhead entering techolo-gy has been obtained and it can be referred on similar trouble removal in the future offshore drilling.%半潜式钻井平台水下井口的稳定性对整个钻井作业的安全及顺利施工至关重要,井身结构、表层固井质量、海况条件等是主要影响因素,其中任何一个出现问题都会导致水下井口失稳,造成水下井口严重偏斜甚至井眼报废.在井眼发生偏斜后,为了减少经济损失和恢复正常作业,需要纠正偏斜的水下井口.文中阐述了南海西部油田YC13-8-1井水下井口扶正施工的作业程序、工艺特点及注意事项.通过该井水下井口的扶正施工,摸索出了一套成功解决水下井口偏斜的技术,可为今后海洋钻井工程类似事件的处理提供技术参考.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2011(023)004【总页数】3页(P256-258)【关键词】半潜式钻井平台;水下井口;井口扶正;现场实践【作者】邵诗军;赵宝祥;罗鸣;陈浩东;徐一龙【作者单位】中海石油(中国)有限公司湛江分公司,524057;中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司;中海石油(中国)有限公司湛江分公司,524057;中海石油(中国)有限公司湛江分公司,524057;中海石油(中国)有限公司湛江分公司,524057【正文语种】中文目前南海油气勘探作业主要采用半潜式钻井平台，平台通常采用水下井口系统。
国产深水水下井口发展现状
1 引言海洋水下井口和采油树装备起源于20世纪60年代，随着时间的推移和技术不断积累和完善，形成了水下井口、水下采油树、水下管汇、水下远程控制系统等在内的功能配套的水下生产系统[1-2]。
水下井口是安装在海底的井口装置，是水下生产系统必不可少的组成部分，井井必用，起到连接和支撑防喷器组与套管串、承受和隔离井下压力的作用，是井筒完整性管理重要屏障。
我国在海洋水下井口及采油装备的技术研究方面起步较晚，近年，以宝鸡石油机械有限责任公司（以下简称“宝鸡石油”）、华北荣盛机械制造有限公司、江汉石油钻头股份有限公司（以下简称“江钻机械”）、重庆前卫科技集团有限公司（以下简称“重庆前卫”）、中国海洋石油集团有限公司（包括中国海洋石油集团有限公司、中海油研究总院有限责任公司、中海油能源发展股份有限公司，以下统称“中海油”）为主的多家公司，先后投身海洋装备事业发展，加大了海洋水上、水下装备的研究力度，成立了专门的研究机构，开展水下井口等相关技术研究，为我国海洋装备技术的全面快速发展提供良好的技术支撑[3]。
笔者对现有国产水下井口发展现状进行梳理，在现有国产水下井口研究的基础上，针对国产水下井口的未来发展提出建议，以期为我国深水水下井口的发展及大规模应用提供新思路。
2 国内深水钻井水下井口发展现状国内对深水水下井口的研究起步较晚，近年来积极进行了大量的研究工作，国产的深水水下井口取得了长足的发展与进步，国内多家企业已先后开展深水水下井口样机研发工作，宝鸡石油、江钻机械、中海油、重庆前卫、美钻石油钻采系统（上海）有限公司（以下简称“上海美钻”）、上海霞为石油设备技术服务有限公司（以下简称“上海霞为”）陆续完成深水水下井口的研制、测试工作。
[4]SW18-3/4-10、KSW-10、MDSW-10、DH-10等4款10000psi深水水下井口的成功研制，标志着国内井口厂家解决了国产深水水下井口有无的问题。
SXW-15、KSW-15两款15000psi深水水下井口完成了海试及示范应用，标志着国内井口厂家解决了国产深水水下井口安全应用的问题，也标志着国产深水水下井口登上了历史舞台，将逐渐改变国内水下井口产品及服务完全依赖国外的现状。
一般水下井口系统
水下井口系统水下井口系统(Fig. 1)是一个压力容器，在钻井过程中，它提供了套管的悬挂和密封途径。
井口还为水下防喷器和隔水管提供了锁紧端面，使之可以连接到浮式钻机上。
用这种方法，到达井口的路径就处于压力可控的环境中了。
水下井口系统位于海底，需要使用下入工具和钻杆进行远程安装。
Fig. 1—图例是一种典型的水下井口系统，安装了临时弃井盖帽。
井口中配置了额30 × 20 × 13⅜ × 9⅝ × 7-in的套管。
Contents1 水下井口系统o 1.1 Drilling guide baseo 1.2 Low-pressure housingo 1.3 High-pressure housingo 1.4 Casing hangerso 1.5 Metal-to metal annulus seal assemblyo 1.6 Bore protectors and wear bushingso 1.7 Running and test tools1.7.1 Conductor wellhead running tool1.7.2 High-pressure wellhead running tool1.7.3 Casing-hanger seal-assembly running tool1.7.4 Multipurpose tool and accessories1.7.5 BOP isolation test tool1.7.6 Seal-assembly running tool水下井口系统水下井口在内径上设计了一个着陆台肩，位于井口本体的底部。
后续的套管悬挂器都挂在之前的套管悬挂器上。
套管会悬挂在套管悬挂器的顶部，最终全部累加在最初一级的着陆台肩上。
每一个套管悬挂器都通过密封，将井口罩内部与悬挂器外部隔开，该密封总成采用真正的金属对金属密封。
这种密封总成在套管之间形成了压力隔离。
水下井口
水下井口装置自1947年美国首次提出水下井口概念以来，水下生产技术不断发展并逐步应用于(超)深水领域。
水下井口和采油树作为水下生产系统的关键设备，其深水安全作业和现场应用技术的尤为重要。
水下井口和采油装备作为海底油气输送通道中的关键节点，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。
海洋水下井口、采油装备仅是整个水下生产系统中的单元产品，1套水下生产系统可以包含多个水下井口、采油装备，1套水下井口和采油装备一般只对应1个海底油井。
通常水下生产系统的工作流程为:安装在海床上的各个水下井口和水下采油树采出的井液通过水下管汇输送到水下管汇中心，水下管汇中心完成对各井井液的单井计量、汇集和增压，然后通过海底管线输送到浮式生产系统上进行处理和储运。
水上控制系统通过水下管汇中心对水下井口进行控制、关断、注水、注气、注化学药剂以及维护作业。
一套完整的水下井口和采油装备主要由水下井口、水下采油树和中间连接器（也称水下连接器）这3种相互独立并具有不同功能的设备构成，水下井口装置与套管连接，安放在井口上部的海床上，水下采油树通过中间连接器与水下井口装置连接在一起工作。
水下井口装置通常分为2大类:一是被安装于海底的湿式井口装置;二是被安装于生产平台上的干式井口装置。
井口装置总是处在采油树之下，水下井口装置安装在海床上，而平台井口装置通常安装在低于平台甲板的位置。
水下井口装置主要有分散式和集中式2种形式。
分散式水下井口装置一般适合于作业海域海流流向沿深度分布比较一致并相对稳定的工况，水下井口之间可以通过柔性管线相连或与总管汇相连，也可直接与油轮连接。
其优点是对井口表层套管的定位精度要求低，其不足是水下井口之间的软管和特种液压接头的成本及安装费用较高，海流方向不稳定时易使软管缠绕，造成软管和接头部位损坏，单井修井会影响其它井生产，施工安装时对海况要求高、时间长。
浅谈采油井口装备技术现状及发展方向
浅谈采油井口装备技术现状及发展方向摘要：海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代，水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。
本文概述了海洋水下井口和采油装备的技术现状，同时阐述了海洋水下井口和采油装备发展方向。
关键词：采油井口装备技术现状发展方向前言水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。
一般来说，海洋水下生产系统由多套水下井口和采油装备构成，水下井口和采油装备作为海底油气输送通道中的关键节点，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。
长期以来，水下井口和采油装备受西方发达国家的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面因素的影响，包括我国在内的许多发展中国家只能依赖于进口以实施海洋油气田的开发建设。
这不仅增加了海洋油气资源的开采成本，而且往往受交货期、服务和配件供应等因素制约，严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。
一、海洋水下井口、采油装备技术现状海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代。
1967年，美国的FMC公司生产出全球第1套水下采油树，用于墨西哥湾海域，适应水深能力20m。
随着时间的推移和技术的不断积累和完善，海洋水下井口和采油装备得到了快速发展。
就其具备规模的公司来说，除FMC公司外，美国GE-VetcoGray公司、Caneron 公司、D ril-qu ip公司和挪威Aker Kvaemer公司等均有很强的技术实力；就其设备形式而言，目前已有水平采油树、垂直采油树、混合采油树和有导向绳式采油树及无导向绳式采油树等多种结构形式。
同样，水下井口装备也经历了一个从陆地到海洋，从干式到湿式，从简单到复杂，从浅水到深水的漫长发展历程，当前能够满足的水深范围已达到3000m。
工作压力已形14MPa，21MPa，35MPa，70MPa，105MPa到140MPa等不同的系列。
第三章井口设备
第三章井口设备本章根据海上油田的特点，介绍海底钻井底盘、海底井口回接和水下井口。
海底完井的水下井口，为海上油气田开发中所特有，目前在南海东部某深水油田已应用，因此，本章以相当的篇幅予以系统的介绍，诸如水下总管汇、跨接管、悬挂式立管及悬挂系统、水下井口支持系统、水下控制设备、柔性立管及水下井口的安装等。
第一节海底钻井底盘一、海底钻井底盘的概念在确定海上油气田投入开发后，为了尽可能缩短油气田开发建设周期，在生产平台导管架平台上的生产及生活设施进行设计和建造的同时，先在井位上安装好海底钻井底盘，通过底盘上的井槽预钻部份或全部的开发井，完钻后临时弃井，撤离钻井船，待导管架和设备建造完成并经海上安装调试后，再从底盘上的海底井口回接各层套管到生产平台上。
因此，海底钻井底盘的作用是导引钻井工具，承接并校准海底井口装置（有的还能够承接海底管汇装置），按底盘上设计的井槽数进行预钻开发井。
海底钻井底盘的结构及规格主要是根据油田设计需钻的开发井井数、作业区的水深和海况等因素来确定。
底盘可分为定距式、整体式、组装式和悬挂式组合四种。
二、海底钻井底盘的结构、规格及特点1．定距式底盘定距式底盘是用于与平台回接完井中最简单的一种底盘，图3-1-1是一种四口井的定距式底盘。
底盘构架用管材焊接而成，其主要构件有井口套、桩管套及相应附件。
底盘上每口井的井槽顶部有一个漏斗结构，其中可座放一个可回收的导引构件，此种底盘安有两个导引桩管套。
定距式底盘通常用于井数不大于六口井的情况，一般应用在勘探钻井期。
定距式底盘设计成可接收半径为1.83m（6ft）的标准导向绳钻井设备和BOP装置，不需要平台起重机，定距式底盘即可直接通过月池或敞开的蜘蛛梁。
由于底盘上安装有万向井孔套，因此，如果海底斜率小于3度时，此种底盘元须找平。
定距式底盘也可用于具有泥线悬挂设备的自升式平台。
2．整体式底盘整体式底盘的基本组件为：1）底盘构架，由不同规格的管材焊接而成。
GB-T-21412.4-《水下井口装置和采油树设备》目录(等同于ISO-13628.4-1999)
GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分:---第1部分:总要求和建议;---第2部分:水下和海上用软管系统;---第3部分:过出油管(TFL)系统;---第4部分:水下井口装置和采油树设备;---第5部分:水下控制管缆;---第6部分:水下生产控制系统;---第7部分:修井和(或)完井立管系统;---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口;---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。
本部分为GB/T21412的第4部分,对应于ISO136284:1999《石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。
本部分等同翻译ISO136284:1999,为了便于使用,本部分做了下列编辑性修改:---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分;---用小数点.代替作为小数点的逗号,;---将ISO136284:1999中的ISO10423和ISO10423:1994统一为ISO10423:1994;---在第2章引用文件中,用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称;---对表面粗糙度值进行了转换;---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值;表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值;---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值;---删除了ISO136284:1999的前言和引言;---增加了本部分的前言。
本部分的附录E、附录G 和附录H 为规范性附录,附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。
本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。
本部分负责起草单位:宝鸡石油机械有限责任公司。
本部分参加起草单位:中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。
半潜式钻井平台水下井口扶正技术及其现场实践
ｔ 的力 于井 口头 上 ， 察水平 仪示 数无 变化 。 观 业 的要 求 ， 因此 解 锁 井 口连 接 器 ， 出 Ｂ 起 ＯＰ组 进 行 检修 ， 同时为加 固水下 井 口创造 条件 。 （ ）在 检 修 Ｂ ４ ＯＰ组 期 间 ， 注水 泥 塞 加 固井 口。
开 技术 ｒ］ 石 油 钻采 工 艺 ，０ ０ ３ （） １３ Ｊ． ２ １ ，２３ ：—．
Ｔｈｅｕｎ ｅ ｗａ ｅ ｌｈｅ ｄ ｃ ｎｔ ｒｎ ｅ ｈ ｌ ｇ ｄ ｒ ｔｒ ｗｅ ｌ ａ ｅ ｅ ｉ ｇ ｔｃ ｎｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｉｓａ ｐｌｃ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｍ ｉｓ ｂ ｅ ｓｂ ｅ ｎ ｔ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｅ — ｕ ｍ ｒ ｉ ｌ ｄ ｉｌｎｇ ｐ ａ ｆ ｒ ｒ ｌｉ ｌ ｔ ｏ ｍ
［ ］ 贾慧荣 ， ２ 何炎平 ， 谭家华． 南海 ２号半 潜式平 台深水改造方案完
整 稳 性 研究 ｒ］ 中 国海 洋 平 台 ，０ ４ １ （ ）４ —５ Ｊ． ２ ０ ，９２ ：２４ ．
收 稿 日期 ：０ ０１ —２ ２ １－１１ 改 回 日期 ：０ １０ —０ ２ １ －４３
Ｒ ＯＶ 下水观 察发 现导 向基板 水平 仪又 回到前 ２ ５ ， ．。
锁 ） 口连 接器 ， 井 以避 免造 成不 必要 的损失 。
参 考 文 献
［ ］ 邵 诗军 ， 小 军 ， 来 柱 ， ． 潜 式 钻 井 平 台在 恶 劣 海 况 下 的 １ 牟 娄 等 半
一
为 了检 验 纠正后 的井 口的稳 定 性 ， 现场 施 加 ２ ５ （ ）考 虑 到偏斜 ２ 的水 下 井 口能 够满 足 后续 作 ３ 。
Ｔｅｈ ｏ ｏ ｙ Ｃｏ ，Ｇｕ ｎ ｄｏ ｇ，５ ４ ５ ） ｃ ｎ ｌｇ ． ａｇ ｎ ２ ０ ７
深水水下井口研究现状及发展建议
1491 引言海洋水下井口装备与水下采油树、水下管汇、水下远程控制系统一同构成水下生产系统，是水下生产系统中的关键组成部分，可以承受和隔离井下压力以及连接和支撑防喷器组与套管串，保证了井筒完整性。
目前，国内深水水下井口生产及现场服务集中掌握在美国的FMC公司、GE-VetcoGray 公司、Cameron公司、Drill-Quip公司及挪威的AkerSolutions公司等5家公司[1]。
深水水下井口长期依赖进口，使用过程中存在供货周期长、关键配件供应短缺、服务费用昂贵等情况，且敏感地区拒绝提供技术服务，国产化需求迫切。
近年，我国以宝鸡石油、华北荣盛、江钻机械、中海油、山东威飞、上海霞为为主等的多家公司，对国内水下装备进行技术攻关，开展相关研究，为我国的深水设备国产化提供较好的技术支持。
2 国外深水钻井水下井口技术现状国外水下井口经历了从简单到复杂，从浅水到深水的漫长发展历程，根据作业船只的不同，开发出了适用于浮式钻井平台的水下井口、以及适用于自升式平台或者座底式平台的泥线悬挂水下井口（包括常规泥线悬挂水下井口以及钻通式泥线悬挂水下井口，以下统称“泥线井口”）两个系列（见图1），形成多种压力等级、多种尺寸的系列化产品，并衍生出了用于连接地面井口与水下井口、用于连接地面井口与泥线井口的井口回接系统及张力悬挂系统，本文主要针对深水水下井口开展论述。
图1 国外水下井口技术系列目前， FMC公司、GE-VetcoGray公司、Cameron公司、Drill-Quip公司、AkerSolutions公司的水下井口产品已成系列化，相关水下井口产品在南中国海深水钻井中都得到了广泛的应用。
为了满足超深水、高温高压的特殊需求，上述厂家均在研制和推广压力等级更高、承载能力更大、疲劳寿命更长、扩展性更强的高性能。
DRIL QUIP研发了SS-10和SS-15系列产品，并深水水下井口研究现状及发展建议李健 关清涛中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：深水水下井口在水下生产系统中是不可或缺的关键设备，起到承受和隔离井下压力以及连接和支撑防喷器组与套管串的作用。
水下井口布置方式研究
46 深水领域已经成为近年来全球油气勘探开发业务最具潜力的发展方向之一，根据《全球油气勘探开发形势及油公司动态（2022年）》报告，近10年新发现的101个大型油气田中，深水油气田数量占比67%、储量占比68%。
我国南海深水油气资源同样丰富，开发正处于起步阶段。
深水采用水下井口模式开发，水下井口的形式和布置，是深水油气田开发方案中关键的一环，决定着整个深水开发工程。
本文系统比选了分散式、集中式2种水下井口布置形式的特点，基于钻完井和海洋工程的作业协同形成了水下井口的位置优选原则和流程，可为我国南海深水油气开发提供参考。
1 分散式水下井口布置分散式水下井口布置适用于作业海域海流流向沿深度分布比较一致并相对稳定的工况，水下井口之间可以通过柔性管线相连或与总管汇相连，也可直接与油轮连接。
其优点是对井口的定位精度要求低，其不足是水下井口之间的软管和特种液压接头的成本及安装费用较高，海流方向不稳定时易使软管缠绕，造成软管和接头部分损坏，单井修井会影响其它井生产，施工安装时对海况要求高、时间长。
常见的分散式水下井口布置形式有丛式井管汇布置、链式布置。
1.1 丛式井管汇布置丛式井管汇布置适合整装油藏或多个较集中的小块油藏，已经成为深水水下生产系统布局中的主要发展形式。
主要特点为：①井口位置可集中可分散，可根据油藏灵活调整；②水下井口的丛式井组合方式通常为3～8 口水下井口分散地布置在中心管汇的周围，采油树和管汇之间通过跨接管（Jumper）连接，主管线少；③水下设施分批到货分批投资、采油树间距大方便后期维修等。
1.2 链式布置链式布置通常含有两个或多个卫星井、丛式井管汇或集中式基盘管汇，通过海底管道和脐带缆连接在一起，串联后回接到依托设施。
主要特点为：①管道距离长，流动安全保障挑战大；②每个水下采油树上都需安装一个节流器，以防止流动压力失衡；③设计中应考虑尽量减少链的钻井中心的数量。
水下井口布置方式研究仝刚中海石油（中国）有限公司北京研究中心 北京 100028摘要：水下开发是深水油气田的主要开发模式，并正逐步推广到部分浅水地区。
4海上钻井井口装置及各次开钻和井口安装
通过临时导引绳，下入带有钻头的钻柱，准确进入井口盘的内孔，并 向海底钻进。钻进时采用海水作洗井液，有进无出，打进的海水带着钻屑 返回到海底，钻达预定深度即可起钻。
第三步，下导管并注水泥。
通过临时导引绳，将导管下入，导管的上面接导管头，并装上 导引架，导管头内接上送入工具，再接钻杆，用钻杆将导管及导引 架送入到海底，导管进入井眼，导引架坐在井口盘上。在钻台上通 过钻柱向井内打入泥浆并循环洗井，然后即可注水泥固井，不仅封 固导管，而且多余的水泥浆返至海底，将井口盘和导引架牢牢地固 定于海底。退出送入工具并起钻，并割断临时导引绳。
水上井口装置与陆上井口的异同
与陆上钻井平台相似之处 用隔水管将陆上井口装置的防 喷器组支撑到水面以上（钻井平 台上），方便各种操作。
防喷器组
下部钻 井平台
隔水导管
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， 隔离海水、引导钻具； （2）水上井口装的隔水导管上 有一个泥线支撑器或泥线悬挂 器、而陆上没有。
一步法施工可以省去井口盘。当海底地层较软时，可是用喷射法。在导 管的最下端接有喷射头。当导管的最下端接近海底时，即可开泵用海水进行 喷射，冲出导管井段的井眼。
表层套管井段的施工
对底撑式平台，导管井段施工之后，导管延长到平台上并起到隔 水管的作用，以后各次开钻的施工基本上与陆上钻井相同。
对浮动平台钻井，表层井段的施工具有很大的特点，可分为 两种情况：一种是在表层地层中没有浅气层；一种是有浅气层。
使用浮动钻井平台钻井时，导管井段的施工要复杂得多， 也有两种做法。第一种方法是分步法，按如下施工步骤进行：
第一步，下井口盘，建立海底井口。
海上有水气藏水下井口开发技术实践
摘 要：YXX 气田是我国首个采用水下井口开发的强水驱气田，通过对气田开发生产管理过程中遇到的挑战及采取的对策分析，总结经验得出一套适用于水驱气藏开发管理的技术，即取全取准资料，认清地下情况，制定策略，合理避水；控制采气速度，延缓气井见水；气井见水后，优化配产，稳定工作制。
YXX 气田的高速高效开发生产管理经验对其他水驱气藏及水下井口开发气田的开发生产及管理具有一定的借鉴意义。
关键词：水驱气藏 水下井口 技术实践海上有水气藏水下井口开发技术实践殷修杏，汪来潮，陈建华，廖仪，谭舜（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）收稿日期：2020-9-29作者简介：殷修杏，工程师，硕士。
2012年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发工程专业，目前主要从事油气田开发方面的研究工作。
随着我国海洋石油工业向深海发展，利用水下生产系统进行海上气田开发越来越普遍[1]。
强水驱气藏利用水下生产系统开发面临着气井见水后管理难度大，修井成本高等难题，如何利用水下井口高效开发强水驱气藏是气田工作者努力的方向。
YXX 气田是我国首个采用水下井口开发的气田，水体能量强，属于强边底水驱气藏。
设计依托Y13-1气田现有生产设施采用水下生产系统进行开发，于2012年正式投产，气田共有3口开发井，高峰年产气3.50亿m 3，缓解了Y13-1气田的供气压力，为下游用户香港特别行政区繁荣发展作出了贡献[2-4]。
目前该气田已于2019年4月底停产。
回顾8年的生产历程，总结YXX 气田高速高效开发的经验教训，为后续深水气田的开发管理提供指导。
1 气田概况YXX 气田位于海南省三亚市西南方约72 km 的南海北部海域上，位于Y13-1气田东北方向，主体区块与Y13-1气田相距18 km ，南高点与Y13-1气田相距10.8 km ，气田所处海域水深84~100 m 。
主体区构造为简单的披覆背斜构造，以高位三角洲沉积为主，属中孔高渗储层；南高点为构造＋岩性圈闭，以滨海砂坝沉积为主，属低孔中渗储层。
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。
3
海洋钻井工程
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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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。
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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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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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海洋钻井工程
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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DRIL-QUIP公司的SS-10 C型水下井口系统, 该系统是靠钢圈金属面密封的，抗压10000psi。
SS-10 C型水下井口系统具有以下特点：●操作简便、安全、可靠；●使用较少的送入工具；●密封总成靠金属密封；●重力坐封密封总成；●同一个密封总成适用于所有的13-3/8”套管和较小尺寸的套管；●密封总成可以直接被起出来而不需要转动；●下入过程中不能左转；●所有的套管悬挂器在井口头处自动居中；●套管悬挂器周围有较大面积的流道；●套管悬挂器可以被锁定在井口头处；●可以在下入抗磨补芯的条件下对防喷器试压；●所有的套管悬挂器上都有标准的水下回接面；●系统安装步骤简单，使用工具少。
一、准备工作：运送前仔细检查SS-10水下井口系统的所有部件，保证在不被破坏，在使用前处于良好的状态。
1、检查永久导向基板（PGB）的零件号是否与30”套管头的零件号相匹配，并记录PGB的零件号和序列号；2、检查固定销钉、锁紧销钉，确保可以插入导向柱板上的销钉孔内；3、检查导向柱，确保BOP可以顺利插入导向柱；4、检查PGB上部中央固定环，看是否有裂纹、滑痕、凹痕等；5、事先在PGB上安装水平仪，检查是否与PGB垂直，并确定水平仪安装在ROV可以看到的地方；6、在30”井口头以下5米涂上白漆，每0.5米涂一道白漆，在30”导管以上5米涂上白漆，每0.5米一道；二、30”井口头的下入顺序1、连接30”井口头送入工具，在工具上部接631*410的变扣接头，上面接一柱加重钻杆，立于钻台；2、在月池上装好永久性导向基板和导向柱，为了便于辨认，将导向柱涂上白漆并按顺序编号；在导向柱上安装上导向绳；3、一开钻36”井眼至122米（水深40米，转盘面高度25米）；4、下30”浮鞋穿过转盘面到月池，通水检查浮鞋是否正常，继续下套管穿过导向基板，在套管通过PGB的时候注意观察不要被挂住；5、在最后一根导管上接30”井口头，然后坐在转盘面上。
下5”钻杆做固井内管柱，接30”导管送入工具，转动送入工具，使送入工具外径上的４个防旋转销钉插入到对应的井口头槽内，左转送入工具大约５圈，旋转力使锁定环扩大插入到相应的30”井口头的槽内，此时内管柱离导管鞋约12-15米；6、下送入工具、30”井口头和导管至月池，在井口头安装在PGB上之前，保证４个锁紧销钉已经插入到PGB上对应的插孔里，将导管和30”井口头座在PGB里面，让PGB上部的控制环咬紧３０＂井口头上部；7、打开井口头送入工具上的排气阀，将井口头送入水面，接顶驱循环排气。
停泵5分钟再循环一次，在确保导管串内灌满海水后，关闭排气阀；8、继续用5”加重钻杆将导管柱送到位，在浮鞋进入井眼和到位时，用ROV观察，力争一次能对入井眼并下到位；9、在接上最后一根钻杆后，打开升沉补偿系统（motion compensator），调整升沉补偿器使它支撑送入工具、下入管柱、30”井口头、隔水导管和PGB的重量；10、下放整个组合，直到PGB到设计位置（一般PGB在泥面以上1.5米左右，本井1.5米），调整升沉补偿器使整个组合在一个固定的位置，通过水下电视观察在30”井口头上作的标记，记录30”井口头和泥面之间的距离。
观察安装在PGB上面的水平仪，调整导向绳使PDB、30”井口头接近垂直于泥面，以利于下一步坐井口和防喷器系统，PGB的倾角应控制在0~1.5度之间；11、30”导管固井作业，固井时用ROV观察水泥浆的返出情况和井口头是否上移，如果出现上移或下沉，通过调节升沉补偿系统使之平衡；12、侯凝1.5~3.0小时或者根据水泥浆样品的凝固情况确定，判断不会导致基板转动的前提下，倒开井口头送入工具，向右旋转管柱大约5圈，钻台上记录旋转的圈数，同时通过水下电视记录旋转圈数，当锁定环从30”井口头相应的槽内缩回时，升沉补偿器有一个明显的震动。
取出井口头送入工具；13、在钻杆上作一个标记，起出管柱，计算30”井口头和转盘面之间的距离。
三、18-3/4”井口头的下入程序1、二开26”井眼钻进至设计深度（本井264米）；2、在18-3/4”井口头顶部以下5米涂上白漆，每半米处用黑漆划线并数字标明；在20套管鞋及以上5米处涂上白漆，每米处用黑漆划线并数字标明。
3、组合18-3/4”井口头送入工具；在送入工具上部接一根631*410的变扣，在送入工具下部接一根钻杆，在变扣上部接2根加重钻杆，将这柱工具立在钻杆盒里；4、将18-3/4”井口头放在转盘上，用送入工具插入18-3/4”井口头，调整送入工具，使送入工具外径上的４个防旋转销钉插入到对应的井口头槽内，左转送入工具大约５圈，旋转力使锁定环扩大插入到相应的18-3/4”井口头的槽内，通过测量指示棒的的长度来检验送入工具和18-3/4”井口头是否正确连接，指示棒的长度大约为7/8”(见下图)。
送入工具右转1/8圈（但不要超过1/4圈），保证在回收送入工具时不需要花太大的扭距；将整柱工具立在钻杆盒里；5、按照508.00mm(20”)套管柱设计下入套管，下完最后1根套管后灌满海水，连接内管柱，下至距套管鞋约20处；6、连接18-3/4”井口头管柱，接在最后一柱钻杆上，取下坐在20”套管上的盖板，将18-3/4”井口头下部的20”导管接头接在20”导管上；打开井口头上的排气阀；7、用127.00mm(5”)钻杆送套管、井口头及送入工具至水面下，将井口头内灌满海水，关闭排气阀；接完最后一柱钻杆后，打开升沉补偿系统，调整升沉补偿器使它支撑钻杆及送入工具的重量，在ROV观察下，将18-3/4”井口头坐在30”井口头里，下压25klbs确定18-3/4”已经锁定在30”套管头里；记录下18-3/4”井口头的深度；8、按固井作业程序进行内管柱固井作业；9、调整升沉补偿器过提5klbs，向右旋转大约5圈，释放18-3/4”井口头送入工具，钻台上记录旋转的圈数，同时通过水下电视记录旋转圈数，当锁定环从18-3/4”井口头相应的槽内缩回时，升沉补偿器有一个明显的震动。
取出18-3/4”井口头送入工具；四、防喷器组下入顺序1、作下防喷器组的准备，在下防喷器之前，应对防喷器组和管汇进行全套试压和功能试验;2、将防喷器组移到月池上，接上隔水管下部总成，进行功能试验。
用隔水管送防喷器组，在ROV观察下送到位并坐上;3、在坐防喷器组之前，对隔水管上的压井和阻流管线试压，试压标准跟闸板防喷器的试压标准相同;4、防喷器组坐到位后，在ROV的观察下锁井口连接器，按要求超提50klbs证实锁定;5、调整隔水管张力器到作业张力，安装压井和阻流管线，安装转喷器并通过泵海水进行检查;6、下试压塞，对连接器和防喷器组试压;试压程序如下：●如果事先安装了耐磨补芯，试压前一定要将耐磨补芯取出来；●在试压工具的下部接一柱加重钻杆或钻铤，保证没有钻杆接头影响防喷器；下入管柱的数量有井下工程师决定，但下入管柱的重量不应少于15klbs；●下放试压工具，在接近BOP时，打开升沉补偿系统，过BOP时要小心不要挂在BOP上，将送入工具坐在井口头的PLS（Primary Landing Shoulder）台肩上，调整升沉补偿器使它也支撑试压工具的重量；●按BOP组的试压顺序对BOP组进行试压；7、起出试压塞，关盲板防喷器，对套管试压。
然后卸压，打开盲板防喷器;8、下入476.25mm(18-3/4”)井口头抗磨补芯，若已装入则不做该项工作。
●如果已经安装了抗磨补芯，从多功能工具上取下锁定环；在多功能工具下部外径上安装抗磨补芯下入适配器（它的外径上有4个钩耳）；●将多功能工具安装在18-3/4”井口头抗磨补芯里，向左旋转少许，进入抗磨补芯的沟槽内；接钻杆下18-3/4”井口头抗磨补芯至井口头的台肩上，注意下放的过程中不能转动；下压5kbls，注意下压不要超过30klbs，向右旋转1/4圈钻具，起出多功能送入工具。
18-3/4”井口头抗磨补芯多功能工具五、下13-3/8”套管、套管悬挂器和密封总成1、按设计钻17-1/2”井眼至设计深度，本井17-1/2”井眼至1500米；2、下多功能工具起出18-3/4”井口头抗磨补芯；3、在下13-3/8”套管之前，先取出18-3/4”*13-3/8”套管悬挂器送入工具，放在转盘上，上面接一根631*410的变扣，变扣上面接一根加重钻杆，然后立在钻杆盒里；4、将13-3/8”套管悬挂器吊上钻台，放到转盘面上，将送入工具插入悬挂器，确认驱动键插入了悬挂器相应的槽内，左转约５圈，直到扭距增大，然后右转３圈，检验是否锁定；5、右转卸开悬挂器，在悬挂器的下方接上平衡阀和固井胶塞；平衡阀的作用是当胶塞上下压力差较大时，平衡阀可以卸掉之间的压力差，防止因压力差过大而提前剪切断胶塞；6、将带有胶塞的送入工具插入到13-3/8”套管悬挂器内，左转送入工具直到扭距增大，然后右转1/8圈倒扣的顺利进行；在送入工具和悬挂器上作一记号，防止送入工具和悬挂器之间有相对转动；7、从加重钻杆处倒开，将送入工具和13-3/8”套管悬挂器甩到甲板上；8、按套管顺序下13-3/8”套管；9、当最后一根套管坐在转盘面上的时候，起出13-3/8”套管悬挂器和送入工具，接在最后一根套管上，上扣时注意不要让13-3/8”套管悬挂器和送入工具之间产生相对转动；10、用加重钻杆将13-3/8”套管悬挂器下到18-3/4”井口头上（如果是深井可以直接用钻杆，由于本井较浅，要保证送入工具的上部钻具不少于15klbs，需要选用加重钻杆），接上最后一加重柱钻杆后，打开升沉补偿系统，注意下放的过程中不要转动钻柱，将13-3/8”套管及悬挂器坐在18-3/4”井口头上，释放悬重；11、接水泥头，进行固井作业。
接水泥头时注意不要让下部钻具转动；12、调节升沉补偿系统，使大钩吃一定的力，但仍然保持有10klbs的重力在送入工具上，在转盘处作一标记，右转钻柱大约5-6圈，直到钻柱下降大约10in，转动时会将送入工具从13-3/8”套管悬挂器上释放出来；13、起出送入工具；14、准备下密封总成；15、下18-3/4”井口头冲洗工具，大排量冲洗井口头约30分钟，清洗掉井口头处的岩屑等杂物，然后起出冲洗工具；16、组合密封总成及送入工具，用加重钻杆送密封总成及送入工具到18-3/4”井口头，在接上最后一柱加重钻杆后，打开升沉补偿系统，下压20klbs，坐封密封总成；17、调节升沉补偿系统，使它支撑整个管柱的重量；18、关闭闸板防喷器进行压力试验，固井泵瞬速打压至2500psi，控制压力30秒后加压至3500psi，这样试压是为了在密封总成与13-3/8”套管悬挂器之间建立一个金属对金属的密封，并且将密封总成锁定在13-3/8”套管悬挂器上；19、起出密封总成送入工具；。