海洋钻井装置与工艺(3海洋钻井工艺)
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第三章 海洋钻井装置及工艺 第三节 海洋钻井工艺
一、海洋钻井作业工艺（浮式钻井装置） 二、海洋钻井常规作业程序
一、海上浮动式钻井装置的建井程序
• 使用浮动式钻井装置（半潜式钻井平台和钻井船） 钻井时，由于海水引起的平台升沉、摇摆和平移， 就不得不使井口建在海底，这样就大大地增加了 建井程序和井口装置的复杂性。
• 在套管柱强度设计时，井口载荷必须是一个认真考虑的因素。 • 一般在设计管柱时，均考虑给套管柱施加一个预拉力，其大
小应和套管柱可能产生的弯曲、套管柱的伸长和强度、上层 套管柱的强度，井口可承受的载荷能力一起来考虑。
用半潜式钻井平台或钻井船 钻海底基盘的钻井（开发井）
• 用半潜式钻井平台或钻井船钻海底基盘的 钻井，在下放钻井水下设备和钻井工艺方 面，与海洋勘探钻井基本一样，所不同的 是要预先下放安装预钻井的海底基盘和进 行丛式井或水平井的钻井。
• 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。
11
钻井工艺问题及作业技术措施
• 问题在于：隔水管的直径为406.4-609.6mm（16-24in），一 般多使用508mm（20in）隔水管。而钻表层套管井段的钻头 直径为660.4mm（26in），不可能从隔水管内通过。
• 为了解决此问题，就使用可张钻头。此类钻头有三个可张牙 轮，在张开之前直径较小，可以通过508mm（20in）隔水管， 张开之后直径可达660.4mm（26in）。
下端接近海底时，即可开泵用海水进行喷 射，冲出导管段的井眼。
• 30英寸直径的导管头上带有一 个用来支承井口和防喷器的永 久导向架。
• 永久导向架是一个用工字钢制 成的构件，其下部呈球面形， 可坐于临时导向基座的孔口， 外部焊有四个支柱，每个支柱 上固定有一根永久导引绳。
• 30英寸直径导管头与导向架中心管上部联 接，从而在导管固井固定后，永久导向架 也就被固定在海底了。
12
• 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
• 为下入13 3/8英寸直径的套管作准备。该层套管 用来封闭上部浅地层，这和陆上的表层套管作用 一致，一般根据井下地层条件下至1000米左右。
目前我国深水地区的浮式钻井系统采用标准的海底井口，通 常包括762mm（ 30in）导管头、高压井口头临时导向基座、 永久导向基座和井口防腐帽等。
各层套管悬挂器下端与相应的套管连接，上部内螺纹则连接 下入工具，固水泥后用密封组件将套管环空封隔。
钻井时高压井口头与海底防喷器下部的液压连接器相接。临 时弃井时卸掉防喷器，接上井口防腐帽，挤入防腐液保护好 井口。
19
典型水下井口结构
20寸套管头 7寸悬挂器
9 5/8"寸悬挂器 13 3/8"寸悬挂器
井口载荷问题
• 当水下井口设置后，井口对载荷的要求是很苛刻的。各层套 管都是通过套管悬挂器悬挂在井口，各层套管之间都用密封 总成将其环形空间密封，套管柱与密封总成之间均通过机械 连接相互配合，对井口过大的正负载荷（拉伸和压缩）都会 造成井口损坏。
• 自钻该层套管井眼起，才开始正常的钻井作业， 即开始使用常规钻井作业的程序和技术，进行水 力参数设计、泥浆性能优选、优化钻井参数等。
套管头
• 该层套管井段钻完后，洗井，用钻杆 柱与套管头相连，送至泥线处，将其 座挂在表层套管头上。
• 然后用海上特殊固井工艺进行注水泥 固井。上返高度一般在上层套管鞋以 上50-100米，上返高度过高容易造成 水泥浆返至防喷器组和隔水导管内而 造成严重事故。
10
• 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。
• 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。
9wk.baidu.com
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。
• 将直径36英寸井眼钻至泥线以下25-100米， 以备下入直径30英寸的导管。
• 直径30英寸的导管不承受压力，仅用作结构 支承。钻此导管井眼时，用海水钻进，钻屑 直接返到海底。
• 导管下入后，固井，水泥浆返至海底泥线。
• 当海底地层较软时，可使用喷射法。 • 在导管的最下端接有喷射头。当导管的最
• 引导钻头入井，基座是用钻杆下 放到海底，并采取机械方式脱卸， 然后由系在导引绳上的导引臂将 36英寸开眼钻头下入到底盘的孔 中，钻头进入基座口后，连结在 导引臂上的剪切销被切断，引导 臂与钻头脱开。
• 导引臂由连在其上的回收绳提到 平台上回收。
用剪切脱卸式引导臂将钻头脱开
第一步，钻导管井眼
准备阶段
浮动式钻井装置进入井位海 区准备工作就绪后就可以开钻。
首先，把一个临时导向基座 下放至海底，这是海底井口的固 定位置，是一口井的开钻基点。
临时导向基座是一个巨大的 钢制件。在下放前，先用加重材 料（重晶石或水泥)填入基座使其 重量增大到11.3-13.6吨，并将四 根导引绳接上。
临时导向基座与永久导向架
一、海洋钻井作业工艺（浮式钻井装置） 二、海洋钻井常规作业程序
一、海上浮动式钻井装置的建井程序
• 使用浮动式钻井装置（半潜式钻井平台和钻井船） 钻井时，由于海水引起的平台升沉、摇摆和平移， 就不得不使井口建在海底，这样就大大地增加了 建井程序和井口装置的复杂性。
• 在套管柱强度设计时，井口载荷必须是一个认真考虑的因素。 • 一般在设计管柱时，均考虑给套管柱施加一个预拉力，其大
小应和套管柱可能产生的弯曲、套管柱的伸长和强度、上层 套管柱的强度，井口可承受的载荷能力一起来考虑。
用半潜式钻井平台或钻井船 钻海底基盘的钻井（开发井）
• 用半潜式钻井平台或钻井船钻海底基盘的 钻井，在下放钻井水下设备和钻井工艺方 面，与海洋勘探钻井基本一样，所不同的 是要预先下放安装预钻井的海底基盘和进 行丛式井或水平井的钻井。
• 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。
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钻井工艺问题及作业技术措施
• 问题在于：隔水管的直径为406.4-609.6mm（16-24in），一 般多使用508mm（20in）隔水管。而钻表层套管井段的钻头 直径为660.4mm（26in），不可能从隔水管内通过。
• 为了解决此问题，就使用可张钻头。此类钻头有三个可张牙 轮，在张开之前直径较小，可以通过508mm（20in）隔水管， 张开之后直径可达660.4mm（26in）。
下端接近海底时，即可开泵用海水进行喷 射，冲出导管段的井眼。
• 30英寸直径的导管头上带有一 个用来支承井口和防喷器的永 久导向架。
• 永久导向架是一个用工字钢制 成的构件，其下部呈球面形， 可坐于临时导向基座的孔口， 外部焊有四个支柱，每个支柱 上固定有一根永久导引绳。
• 30英寸直径导管头与导向架中心管上部联 接，从而在导管固井固定后，永久导向架 也就被固定在海底了。
12
• 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
• 为下入13 3/8英寸直径的套管作准备。该层套管 用来封闭上部浅地层，这和陆上的表层套管作用 一致，一般根据井下地层条件下至1000米左右。
目前我国深水地区的浮式钻井系统采用标准的海底井口，通 常包括762mm（ 30in）导管头、高压井口头临时导向基座、 永久导向基座和井口防腐帽等。
各层套管悬挂器下端与相应的套管连接，上部内螺纹则连接 下入工具，固水泥后用密封组件将套管环空封隔。
钻井时高压井口头与海底防喷器下部的液压连接器相接。临 时弃井时卸掉防喷器，接上井口防腐帽，挤入防腐液保护好 井口。
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典型水下井口结构
20寸套管头 7寸悬挂器
9 5/8"寸悬挂器 13 3/8"寸悬挂器
井口载荷问题
• 当水下井口设置后，井口对载荷的要求是很苛刻的。各层套 管都是通过套管悬挂器悬挂在井口，各层套管之间都用密封 总成将其环形空间密封，套管柱与密封总成之间均通过机械 连接相互配合，对井口过大的正负载荷（拉伸和压缩）都会 造成井口损坏。
• 自钻该层套管井眼起，才开始正常的钻井作业， 即开始使用常规钻井作业的程序和技术，进行水 力参数设计、泥浆性能优选、优化钻井参数等。
套管头
• 该层套管井段钻完后，洗井，用钻杆 柱与套管头相连，送至泥线处，将其 座挂在表层套管头上。
• 然后用海上特殊固井工艺进行注水泥 固井。上返高度一般在上层套管鞋以 上50-100米，上返高度过高容易造成 水泥浆返至防喷器组和隔水导管内而 造成严重事故。
10
• 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。
• 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。
• 将直径36英寸井眼钻至泥线以下25-100米， 以备下入直径30英寸的导管。
• 直径30英寸的导管不承受压力，仅用作结构 支承。钻此导管井眼时，用海水钻进，钻屑 直接返到海底。
• 导管下入后，固井，水泥浆返至海底泥线。
• 当海底地层较软时，可使用喷射法。 • 在导管的最下端接有喷射头。当导管的最
• 引导钻头入井，基座是用钻杆下 放到海底，并采取机械方式脱卸， 然后由系在导引绳上的导引臂将 36英寸开眼钻头下入到底盘的孔 中，钻头进入基座口后，连结在 导引臂上的剪切销被切断，引导 臂与钻头脱开。
• 导引臂由连在其上的回收绳提到 平台上回收。
用剪切脱卸式引导臂将钻头脱开
第一步，钻导管井眼
准备阶段
浮动式钻井装置进入井位海 区准备工作就绪后就可以开钻。
首先，把一个临时导向基座 下放至海底，这是海底井口的固 定位置，是一口井的开钻基点。
临时导向基座是一个巨大的 钢制件。在下放前，先用加重材 料（重晶石或水泥)填入基座使其 重量增大到11.3-13.6吨，并将四 根导引绳接上。
临时导向基座与永久导向架