双梯度钻井技术

双梯度钻井技术双梯度钻井技术简介双梯度钻井〔双密度钻井〕(DualGradientDrilling)是一种非传统钻井方(RL)把钻井液和钻屑从海底循环到海面钻井船60年月提出的一项技术，由于它能够速进展，取得了一系列成果。双梯度钻井的原理[30]海水(或不使用隔水管)，承受海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井液；或在液柱压力来产生，井底压力表示为：p 0.0098CD

HCD TVD

(3-1)式中 pCDH

——常规钻井井底压力，Mpa；——井总垂直深度，m；TVDCD

——常规钻井液密度，g/cm3。为：pDGD

0.0098Hw w

0.0098

DGD

HTVD

H (3-2)W式中

DGD

——DGD井底压力，Mpa；H ——水深，m；w ——海水密度，g/cm3；w——DGD钻井液密度g/cm3。DGD图3-1疏发生井漏事故。因此，为了保证井身的质量，需要下多层套管柱。而承受DGD钻井液静水压力降低钻井费用。(b)3-1双梯度与常规单梯度静水力学梯度比照3-2双梯度钻井原理图[31]双梯度钻井的优点[32][33]323百万美65%，每口井500万-1500万美元；②增加了调整钻井液密度的窗口，可以降低钻井液的漏失；〔技术〕可以明显降低非作业时间；④钻穿产油层时可以保持大井眼钻进，实现快速、大油管完井；管分别操作时只会有很少的泥浆释放到环境中；问题等；术相比，可以用更小、更廉价的钻井设备钻更深的深水井，可以承受3D钻井系统作业；低；探。双梯度钻井的缺点[33]①需要增加设备，在肯定程度上会增加钻井本钱；②相关技术不成熟，会带来肯定的作业风险；③检测和处理井涌会有一些困难，会消灭井控等安全方面的问题。双梯度钻井技术国内外现状5000ft〔10000ft的深水钻探〕这四个工程是Shell3底泵举升钻井液、和双密度钻井。国外的康纳和石油公司〔Conoc、美国贝克休斯公司、TransoceanSedcoForex公司、壳牌石油公司、毛勒技术公司、AGRSubsea公司、路易斯安那大学等都在致力于双梯度钻井技术的争论。SMDJIP研发海底泥浆举升钻井系统，SMDJIP是唯一进展全尺寸海上试验的双梯度钻井系统，SMDJIP使用平台“DiamondNew202382420231014136区块进展海上试验，目前已投入工业应用。DeepVisionJIP研发DeepVision双梯度钻井系统，工程于2023年成功完成包括海底泵和掌握系统在内的关键设备的室内试验。Shell19962023年下半年进入应用阶AGRSubsea公司开发的无隔水管钻井液回收(RMR2023(OTC)技术奖，该系统已通过挪威争论委员会的认证，已WestAzeriMaurer技术公司担当的美国能源部的工程“欠平衡钻井产品的开发与试验巴西国家石油公司(Petrobras)共同争论了隔水管气举双梯度钻井技术。〔华东进展自主创，为开发南海打下坚实的技术根底。双梯度钻井技术详述双梯度钻井实现方法3-3所示：①海底泵举升钻井液间隙，实现安全钻进。泵、电潜泵。3-3双梯度钻井方法分类②无隔水管钻井无隔水管DGD所使用的设备有：水下旋转掌握设备(SSRCD)和远程掌握设备(ROV)。远程掌握设备(ROV)又称水下机器人，可以通过调整泥线上的节流阀来调整回压。假设ROV(BHP)过平衡状态。假设使用海水钻进，则返出的海水和岩屑就可以直接排到海中。③双密度钻井双密度钻井是在隔水管中注入低密度流体(空心微球、低密度流体、气体),,依据注入流体的不同又分为：注空心球、注气和注低密度流体3种方法。双密度钻井方法需要隔水管，无举(注气)方案(risergaslift)(见图3-4)和Maurer注空心玻璃球(HGS)方案(见图3-5)。3-4隔水管气举〔注气〕方案3-5Maurer[30]双梯度钻井各类系统介绍[30]①Conoco、Hydril海底钻井液举升钻井系统海底钻井液举升钻井系统〔SMD〕3-6所示。SMD系统由两大类设备组成:常规的钻井设备和具有特别用途的型钻井设备，其中地面设备与常规钻井设备一样(或者经过升级改造)，系统需要开发的关键设备和装置包括：40mm速度和其它意外状况，可使用多路回流管线和其它的设备。分析为系统供给安全保证，包括由钻井作业、隔水管分析、设备设计、培训和试井小组的代表组成的HAZOP井控小组编写全部钻井作业和井控程序，并对其进展评估、检查，开展井控实例HAZOP分析，并对其进展修改。3-6海底钻井液举升系统简化示意图、TransoceanDeepVision双梯度钻井系统DeepVision系统实现双梯度钻井的原理与 SMD技术相像，不同点是DeepVision系统应用了连续管钻井技术，海底使用国民油井公司〔 National制造的电动离心泵。离心泵叶片粉碎岩屑、水泥、橡胶等，保证海底泵1~5个离心泵。系统通过自动调整离心泵的速率掌握井底压力。钻井液和钻屑通过隔水管外的回流管线返回海面。在DeepVision系统中，承受旋转掌握头将隔水管和井眼隔开隔水管内布满海水隔水管用于下放和回收海底设备和离心泵系统，以及支撑动力和掌握管缆。利用DeepVision争论的海底马达和离心泵，推出了DeltaVisionTM、DeltaVisionPlusTM两个升级方案，DeltaVisionTM、DeltaVisionPlusTM的概念是将海底泵组下入到适当水深〔900-1500m，补充环空当量循环密度偏差，而不是局部优点，同时降低了系统的简单性。③Shell海底泵系统3-7SSPS系统[34]SSPS实现双梯度钻井的原理与SMD和DeepVision类似，不同的是SSPS6分别留在海底，另一方面，在钻井液进入海底电潜泵前裂开钻井液中外径大于1%，增加了系统的牢靠性。④AGRRMR系统挪威AGRSubsea公司开发的无隔水管钻井液回收系统承受重的抑制性钻井3-8RMR系统示意图。3-8RMR系统[35]⑤MTI3-9Maurer空心微球双梯度钻井系统[36]MTI空心微球双梯度钻井系统的原理如图3-9入隔水管内连续循环。3-10低密度钻井液混合示意图⑥LSU隔水管气举双梯度钻井系统以及井内流体在经过轻流体较大程度的稀释后，其携岩力量的变化状况。⑦DGS隔水管稀释系统DGS隔水管稀释系统应用钻井基液或钻井基液乳化剂作为低密度流体，基〔或泥线下〕注入隔水管内，调整注入速率，使隔水管内高密度的钻井液和注入基液，该系统不需要特别的海底装置。DGS系统能在一3-11DGS系统示意图。3-11DGS隔水管稀释系统1-隔水管； 2-隔水管充液管道； 3-基液的隔水管环空注入点；4-环空中向上流的混合流体；5-钻柱内往下流的泥浆；6-环空中泥浆与钻屑的混合物。双梯度钻井的水下装备[31]33-1。3-1双梯度钻井用水下装备的类型泵类型及其驱动 海水与泥浆分别系统电力驱动电潜泵的分别装置

岩屑处理系统使用振动筛筛选出6.35mm〔0.25英寸〕以上的岩屑颗粒，并排入海底。承受岩屑压碎设备将岩屑海水动力驱动隔膜泵 使用海底旋转式分别器 压碎成小于38mm(1.5英寸)的颗粒。电力驱动离心泵

承受水下海水-泥浆分别系统

岩屑切碎到小于12.7mm〔0.5〕颗粒。①水下电潜泵系统装备该系统包括电潜泵组、分别装置、岩屑处理设备、隔离工具总成等。6台电力驱动的电潜泵串联组成，它们位于海〔船〕上，再由平台上的一般泥浆泵将处理后的泥浆经水龙头泵如钻杆内。回的泥浆中的气体分别出来。6.35mm的岩屑切碎，并分别出来。井筒返回的泥浆通过此阀流出，并进入到海底电潜泵举升泥浆系统。②水下隔膜泵系统装备该系统由隔膜泵、岩屑裂开机、旋转分别器等组成。隔膜泵该系统的核心装备是3-6台隔膜泵，每台泵的排量为缆绞车和水下电机等装备，从而降低本钱。38mm的微粒。出去。旋转分别器承受橡胶元件来密封住钻柱和旋转体。③水下离心泵系统装备该系统由离心泵组、分别装置等组成。1-5台，离心泵3级。离心泵为咀嚼式。分别装置自海床以上直到钻井平台上的隔水管柱内的环空中布满着海水，因此，该系统配备有海水-泥浆隔离装置SMIS(SeawaterMudIsolutionSystem),通过该装置将将自井筒返回到海床处的泥浆与海床以上的隔水管柱内环空中的海水隔离开来。双梯度钻井的技术关键但是目前也仍有一些问题没有得到更好的解决，其中一项就是海水环境污染问题。通过大量文献的调研，现总结双梯度钻井的技术关键如下：目前一般承受海底泥浆泵将井筒环空返回的泥浆泵送到平台上。分别装置实现此目的，此装置下接防喷器上接隔水管。泵将低密度钻井液从海底处的基液入口点泵入隔水管环空。泥浆与岩屑混合物进入海底泵前的处理问题，为了防止岩屑对海底泵海水的污染，此问题尚需更完善的方法解决。后还要重生成重钻