世界超深钻井装备展望

1、专家视点：世界超深钻井装备展望作-者：廖谟圣时间：2009-05-26来源：石油与装备专家介绍：廖谟圣，上海石油天然气有限公司教授级高工。现任中国石油和石化工程研究会海洋石油和石化工程专业委员会主任。曾主持设计钻井泥浆泵、遥控海底取心钻机、浮船钻井水下设备等均先后投入生产或获部级科技成果奖等。主要著作有海洋石油开发机器与液压技术、石油钻采设备?国内外技术发展水平跟踪与分析（海洋部分）等八册，在全国性学术刊物发表技术论文120余篇，出版物共超过350万字。廖谟圣/中国石油和石化工程研究会海洋石油和石化工程专业委员会超深水（tt简称D和超深井钻井（tt,简称）是近十余年来海洋石油钻井不断向深水和深

2、地层钻井而形成、用以界别普通深水和普通钻井井深的概念。一般以2400m1500m为深水，21500m（或5,000ft）为超深水（）；以钻井深度能力215,000ft（即4,500m）W25,000ft（即7,620m）为深井钻井；225,000ft（即27,620m）为超深井钻井（）。全球深水油气产量主要分布于西非、北美墨西哥湾、拉丁美洲的巴西近海、亚洲、澳洲和西欧六大海域。20062010年深水油气产量占比例最大首推非洲（特别是西非），占40%；其次是北美（特别是墨西哥湾），占25%；其三是拉丁美洲（特别是巴西近海），占20%；亚洲占10%；西欧占3%；澳洲占2%；其他为1%。以上全球十大

3、深水油气藏发现国合计发现油气藏储量约达1355乙m3。超深钻井装备主要指钻井平台船（包括勘探用半潜式钻井平台和钻井船及用于钻生产井的半潜式、浮船式、和平台上的钻井设备）和钻井设备（包括钻机、泥浆泵、和浮式钻井专用水下设备和水面钻柱运动补偿器和张紧器等）。2006年11月统计的世界海洋石油移动式钻井平台新定货和正建造的共107艘（工作水深均21500m的半潜式钻井平台和钻井船），配套的石油钻机钻井深度能力均为230,000ft的超深井钻机。可见超深钻井装备的旺销。世界钻井平台（船）发展展望.新发展均为第6代钻井平台（船），对其特点的浅见是第代钻井平台（船）出现时间在2000年甚至2003年及其以

4、后；钻井工作水深大都在10,000ft（3,08iT12,500ft（3,810m）乃至更深；钻井深度235,000ft（10,8m0,000ft（12,200m）乃至更深；钻机为双套，单套钻机主绞车功率25000hp7200hp乃至更大；钻机、顶驱和泥浆泵的驱动方式多为交流变频驱动或静液驱动；立管多为竖直排列或竖、平相结合排列并有专供立管吊运的吊机（行车）；动力定位系统多为或更高级。半潜式钻井平台主要发展趋势采用甚高强度钢和优良设计，其可变载荷与总排水量的比值将超过018以上，总排水量与自重的比值将超过；0大的甲板可变载荷（29,0001）和大的甲板空间；平台大多为正方形或矩形，立柱多为立柱

5、、矩形截面、无斜撑、少节点的简单外形结构，以减少建造费用和降低船体结构产生的意外事故；良好的船体安全性和抗风暴能力，全球全天候的工作能力和长的自持能力；更大的工作水深：目前最深的工作水深为12,000ft（3,810m）。可预料，未来20年内将有工作水深,0005,000的半潜式平台出现；装备最先进、大功率、高精度的动力定位系统（一3乃至一）；装备交流变频驱动或静液驱动的大功率钻机（单套钻机主绞车功率25000hp7200hp乃至更大）；钻井深度能力235,000ft（10,8m0,000ft（12,200m）乃至更深，预计在未来20年内，钻井船的钻井深度能力将突破15,000m；具有当代最先

6、进的浮式钻井专用设备和双井架、双套钻机系统。钻井浮船发展趋势采用甚高强度钢和优良的船型及结构设计，将总排水量与船总用钢量的比值进一步提高,主尺度2长250mX宽38mX型深18m；船具有良好的安全性（船为双船壳）和抗风暴能力，全球、全天候的工作能力和长的自持能力；甲板可变载荷22万t,船主机功率25万hp；设计工作水深210,000ft12,000ft（3,58m，预料在未来20年内工作水深将达,0005,000m（13,120ft1,00ft；装备最先进、大功率、高精度的动力定位系统（一3乃至一）；装备交流变频驱动或静液驱动的大功率超深井钻机（单套钻机主绞车功率25000hp7200hp乃至

7、更大）。钻井深度能力235,000ft（10,8m0,000ft（12,200m）乃至更深，预料在未来20年内，钻井船的钻井深度能力将突破15,000m；具有当代最先进的浮式钻井专用设备和双井架、双套钻机系统。世界钻井设备发展展望常规石油钻机为适应和钻井，常规石油钻机将向大功率交流变频方向发展。如美国t公司生产的交流变频钻机，绞车功率，0005,000、7,200hp；美国m公司生产的交流变频钻机，绞车功率5,000hp；公司生产的交流变频钻机，绞车功率，50（和,000hp德国公词生产的交流变频钻机，绞车功率分别为3,750、,5005,000和,000hp以上转盘通径分别为95和05。可作

8、为主动型钻柱运动补偿的型数控变频驱动钻机绞车值得关注。如美国t公司生产的型2300、350000900hp数控变频驱动钻机绞车。新型石油钻机无绞车、液缸升降型钻机（m）显示其发展的生命力。已分别装于2艘半潜平台和2艘钻井船上的型钻机，钻深能力10,0fn35,000ft）。用升降液缸替代了庞大笨重的绞车，也替代了浮式钻井的庞大的钻柱运动补偿器，显著减少井场占用面积与空间，可降低成本约30。显示其发展的生命力。新型无绞车液压升降型钻机值得关注。目前，除挪威海事液压公司钻机和意大利钻机是一种新式无绞车型液力提升钻机外，新近又有h公司推出的伸缩桅杆的系列静液传动无绞车型动力头钻机值得关注：该钻机首台

9、于年月推出。目前，系列钻机共有三种规格，即型、型和型，提升能力分别为（）、（）、（）；钻机动力头起下钻行程为（2,适用钻杆长度可达（）6目前这种在陆地使用的钻机值得海上借鉴。无绞车、机械升降型钻机具有发展潜力美国洛杉区西部闹市区的油田，由无绞车、机械升降行程（）的钻机，以顶部驱动旋转钻井，置于由液压缸推拉的可南北移动的滑橇上;北部为双排井、移动长41.南部为单井、移动长井距（）均共可钻口井。目前这种在陆地使用的钻机值得海上借鉴。小井眼钻机小井眼石油钻机造价可降低40、%运载费用减少50、%占井场地减少40、%钻井成本可降低50；%操作自动化程度高并可实现自动送钻等一系列优点。在海洋石油钻井中将

10、得到进一步推广使用。套管钻井石油钻机新近由加拿大钻井技术公司开发的套管钻井石油钻机专门设计用于套管钻井（也可用于常规技术钻井），可提高钻井效率30以%上，作业费因而相应降低。其钻机绞车、转盘均用静液驱动。石油钻井顶部驱动装置顶部驱动装置重点发展交流变频驱动或静液驱动。公司的型公司的型效果亦佳。石油钻井泥浆泵公司的型功率，0，均为交流变频驱动；挪威海事液压公司则发展静液驱动,三缸单作用泥浆泵向大功率交流变频方向发展。如a功率，公司的功率公司的等泥浆泵，均为交流变频驱动。公司的机械驱动长行程泥浆泵值得重视。年，美洛杉矶闹市区的油田，钻机所配套的泥浆泵，是一种机械驱动长行程泥浆泵。共有个液力端，每缸

11、行程长达（）值得海上借鉴。静液驱动的泥浆泵，配备用于自动化钻机、小井眼石油钻机和套管钻井石油钻机。轻重量长寿命泥浆泵：美国埃里斯威廉姆斯工程公司（泥浆泵活塞行程，活塞杆负荷达（），型泥浆泵活塞行程活塞杆负荷达（）生产的型冲；轴承平均的使用寿命达，）；冲；轴承平均的使用寿命达海洋防喷器海洋防喷器向大通径高封井压力和高剪切力发展。如美国公司的通径和5封井压力103.5Mpa（15,000）,其全封剪切闸板可切断1338以下的套管和658、1：钻杆；美国公司的通径13.75和18.75，封井压力最高达138Mpa（20,000）。深水和超深水钻井新近发展了水面组，即将通径13.75组置于立管（隔水管

12、）与伸缩立管之间，从而避免将组置于深水和超深水的海底、需要昂贵的大通径组和庞杂的控制系统等，不但节约费用而且更加安全可靠。但它主要用于采油的半潜式、或pa平台。钻柱运动补偿器天车型和游车型被动型钻柱升沉运动补偿器发展趋势是：补偿器补偿行程27.62m（25）,补偿能力24,450kN（1,000千磅）；补偿器的系统工作压力220.7Mpa（3,000p）；补偿器的可靠性、操作灵敏度、使用寿命等将更加提高。主动型钻柱升沉运动补偿器发展趋势是：可作为主动型钻柱升沉运动补偿器的型数控变频驱动钻机绞车实现恒压自动送钻并主动补偿升沉运动的装置，今后可能有更多此类装置投入海洋浮式石油钻井。张紧器张紧器主要

13、发展向超深水域钻井、采油相适应的液缸被动型。包括：立管张紧器的补偿行程219.8m（65）；钻井用立管张紧器将普遍发展双液缸型、最大张紧力21,113kN（250千磅）；采油用立管张紧器将发展和推广采用无绳索直接作用型、多缸组合结构；张紧器的可靠性、操作灵敏度、使用寿命等将更加提高。对我国超深井钻井设备发展的建议我国应加强对海洋特别是深水和超深水油气勘探开发资金和装备的投入，并学习国际著名油公司，向海外市场发展的经验，正视我国人均拥有探明石油储量仅为世界人均拥有探明石油储量的7.23%、我国人均拥有探明天然气储量仅为世界人均拥有探明天然气储量的4.47这一严峻现实（据20（年公布世界油气储量资

14、料折算）。不能盲目乐观，要寻求国内获得油气资源和产量的多种途径。我国和钻井装备的研制已有良好起步，但要继续保持和发展这一良好势头，。我国承担国内外钻井平台已达9艘，其中3000m工作水深的半潜式钻井平台981号正在上海设计建造；国内宝石、宏华、兰石国民油井等公司研制并批量生产的7000m、9000m数控变频钻机和宝鸡石油机械有限责任公司自行设计、制造用于当今世界顶级深井的1209000型12,000m超深井钻机也于2007年末成功下线。这些设备经相应改装后均可用于海上超深水、超深井钻井。以上这都是值得可喜可贺的良好起步，希望继续保持和发展这一良好势头。保持和发展这一良好势头的重要举措是瞄准国内

15、特别是国际市场，积极参与国际市场竞争。具体如下：在钻井平台（船）特别是动力定位钻井船的设计、建造方面要赶超韩国。在钻井平台（船）配套通用设备方面建议自主设计制造的主要有：单机功率21,000kw、低油耗、良排放（具有电喷装置）、长寿命柴油发电机组；功率21,000kw的交流变频电机控制系统；单机功率22,000kw、低油耗、长寿命柴油消防泵组；平台（船）上的动力定位及深水锚泊系统等。在钻井平台（船）配套钻机和浮式钻井专用设备方面建议自主设计制造的主要有：钻井深度能力为，000和2,000的海洋石油变频电驱动钻机及单机功率22,200hp的钻井泥浆泵；适应钻井深度能力为,000和2,000的变频电驱动或静液驱动顶部驱动装置（）；通径为、压力为p0,000p）和0（p,000pS的组（包括环形和双联或三联闸板及相应的联结器）；上部适应联结器、压力为（p0,000p）和0（p,000pS的海底井口头（套管头）系统；立管（隔水管）系统（包括下立管组、立管本体组件、伸缩立管、泥浆出口管）及导流器组件。浮式钻井专用设备的控制系统（包括常规水深的电气液液控制系统、深水常