深水钻井技术简介(981性能及深水钻井风险).ppt

1、钻完井部深水项目组 2020年8月15日星期六,深水钻井技术简介,汇报人：刘和兴,海洋石油981现场作业,海洋石油981现场作业,4,1、在成熟船型的基础上做了为南中国海作业的适应性升级； 2、具备3000米水深作业能力以及DP3和锚泊系统两套独立的定位方式； 3、先进的自动化设备。,海洋石油981是一艘第六代深水半潜式钻井平台，具有如下特点：,平台简介,1.基本性能,平台简介,6,2. 船体基本参数,平台简介,7,3.作业环境条件,平台简介,8,4.存储能力,平台简介,5.主要设备,Main diesel engine: Wartsila Type 12V32, 5760KW,Thruste

2、r: Eight Wartsila 4600KW，0-600 RPM,动力系统：8台主发电机组（每台5530KW），能够提供强劲的动力，提高了平台对作业环境的适应能力和满足高负荷钻井作业对动力的需求； 推进系统：8台推进器（每台4600kW），动力定位系统反应速度快，可提供更大的抗风能力；配备精确可靠的定位系统。,平台简介,10,锚泊系统,可在5001500米甚至更深的海域采取抛锚的作业方式，能大大节省燃油；在台风季节能从容防台、减少因防台而耽搁的作业时间，能大幅度降低防台的作业风险和作业成本。,平台简介,电子司钻,中控室,海洋石油981电子司钻可三人同时操作，实现钻具组合的离线功能，不占用井

3、口时间，大大提高作业效率,平台简介,主要内容,深水钻井主要风险,背 景 概 述,深水钻井特点,深水钻井工艺技术,阶段成果,13,1.1深水的概念：,1、 背景概述,常规水深： 500m 深 水：500m1500m 超 深 水： 1500m,a.深水海域已成为全球油气资源的重要接替区。近年在全球获得的重大勘探发现中，有50来自海洋，主要是深水海域。,1、 背景概述,1.2为什么要开发深水油气：,b.国内的深水主要集中在南海，石油蕴藏量约在230亿至300亿吨之间，天然气蕴藏量约16万亿立方米，占中国油气总资源量的三分之一，其中70%蕴藏于153.7万平方公里的深海区域。,1、 背景概述,1.2为

4、什么要开发深水油气：,c.随着经济的发展，中国油气对外依存度不断提高，叩开深水油气资源的“大门”，成为立足国内寻求油气资源的重要战略选择。,1、 背景概述,1.2为什么要开发深水油气：,19,1、 背景概述,南海北部：深水区面积约52000km2，覆盖琼东南盆地南部和珠江口盆地西部； 中央坳陷带六大凹陷：乐东/陵水/松南/宝岛/长昌/北礁； 南海中南部：更广阔的海域在等待勘探开发！,1.5湛江分公司的勘探开发潜力：,主要内容,深水钻井主要风险,背 景 概 述,深水钻井特点,深水钻井工艺技术,阶段成果,2.1深水钻井的环境特点：,水 深,随着水深增加，要求钻井装置及设备能力更高，所需仓储空间大，

5、作业时间增加。,海底低温,随着水深增加，环境温度会降低，海底温度低，井底温度高，同时海水的冷却作用对钻井液性能、固井水泥浆性能等专业要求较高。,风/浪/流等,风、浪、流等环境条件对钻井装置的选择及钻井作业有重要影响，如定位系统、隔水管系统；作业前期要对钻井装置及设备能力进行校核，综合评估。,2、 深水钻井特点,2.2深水钻井的地质特点：,海床不稳定,海床的不稳定和大的坡度使海底极易形成滑坡和泥石流，滑坡快速沉积形成较厚、松软、高含水未胶结的地层，对导管下入和水下井口设计及施工提出挑战。,浅层水流动,天然气水合物,一般情况，相同沉积厚度的地层，随着水深的增加，地层破裂压力梯度降低，钻井液比重窗口

6、窄，极易发生井漏及井涌等复杂情况。,是表层钻井中最主要的地质灾害，会引发一系列的钻井问题（固井、套管下沉、井口失稳、井的报废），钻前应对浅层水流存在的可能性进行评估；,钻遇水合物地层时，造成水合物分解，导致扩径、井塌、井喷等事故，另外钻进过程中，井筒中具备水合物形成条件，容易堵塞循环通道及BOP等。,压力窗口窄,2、 深水钻井特点,大型化：可变载荷、平台尺度、储存能力均趋向于大型化； 配套设备先进：自动化、信息化、智能化、大功率更加安全环保等； 隔水管更长：所需的甲板空间、可变载荷越来越大，钻井液用量大； 定位成本高：动力定位耗大量的燃油，锚链定位需大马力的工作船，增加成本。,应急响应：水下设

7、备作业时间长，对应应急响应时间要求更为苛刻； 钻井效率：自动化、信息化、智能化引起作业方式的变化，钻井效率更高； 表层导管：深水表层导管一般采用喷射法下入，钻入法作为应急预案； 固井水泥浆体系：表层固井一般要满足低温早强要求； 钻井液体系：适应低温及井温较大的温差环境，同时考虑抑制水合物。,2.3深水钻井装置特点：,2.4深水钻井作业方式特点：,2、 深水钻井特点,世界范围内作业标准不统一。 国内相应的深水程序、标准及规章制度正在编写中；,合作公司的应急管理（BG)：,深水探井钻井工程设计指南（海油2011)：,2.4 程序及规章制度不完善,三 深 水 特 点,主要内容,深水钻井主要风险,背

8、景 概 述,深水钻井特点,深水钻井工艺技术,阶段成果,3、 深水钻井主要风险,3.1深水钻井主要风险之一：浅层水流,人为引起的地层破裂 浅层异常高压水层，一般为泥线至泥线以下800m 通过固井窜槽传递的异常压力,成 因：,危 害：,表层固井质量问题、表层套管损坏/下沉、 井口及BOP下沉、井漏等，严重时甚至要报废井眼移位重新开眼。,3.2深水钻井主要风险之二：浅层气,埋深浅，难以预测，常为突发性 反应时间短 地层薄弱，易塌易漏，处理手段有限 一旦上窜至隔水管内，快速膨胀，危害极大,特 点：,危 害：,在油气钻探史上，浅层气已经造成一些非常严重的事故，例如井喷、火灾、沉船等。根据资料统计表明，深

9、水的浅层气通常压力都较高，一旦发生浅层气井喷，气体呈漏斗状向上快速膨胀、扩散，影响的范围较大，后果同样严重。,3、 深水钻井主要风险,3.3深水钻井主要风险之三：天然气水合物,水合物生成时结冰堵塞管线 水合物气化时生成大量的气体 生成或气化过程伴随着热效应,特 点：,危 害：,水合物对井控的影响最大，体现在： 1)堵塞阻流/压井管线 2)堵塞BOP组，致使无法监测井内压力 3)在钻柱周围堵塞，限制钻具活动 4)井控时无法关闭/打开防喷器,3、 深水钻井主要风险,3.4深水钻井主要风险之四：海床不稳定,越过大陆架后，在陆坡处水深陡然增加，海床的不稳定和大的坡度都促使海底极易形成滑坡和泥石流，滑坡

10、快速沉积形成较厚、松软、高含水且未胶结的地层，对表层导管和水下井口系统的设计和施工影响很大。,3、 深水钻井主要风险,3.5深水钻井主要风险之五：破裂压力梯度低,作业窗口窄套管层数多 破裂压力梯度低 泥浆比重控制精细 极易发生井漏防止憋泵憋漏地层,3.6深水钻井主要风险之六：井漏,深水钻井中，因为地层孔隙压力与地层破裂压力之间的窗口很小，若钻井液比重、工程操作、套管层次及下深不当，发生井漏的机率非常高。,特 点：,危 害：,钻井液损失，进而引发井涌或井喷 卡钻，井眼垮塌 导致提前下套管，增加套管层次等等,3、 深水钻井主要风险,3.7深水钻井主要风险之七：井控风险,由于水深，隔水管及阻流压井管

11、线长，地层孔隙及破裂压力窗口窄，深水井控与浅水井控相比的主要困难有：,井控难点：,低温生成水合物堵塞防喷器及控制管线 套管鞋承压低，压力窗口窄 地层呼吸效应导致难以判断井下情况 阻流管线长，摩阻（CLF）大 圈闭气处理复杂 上窜至隔水管内的气体难以控制，碰撞快，危险性高,3、 深水钻井主要风险,主要内容,深水钻井主要风险,背 景 概 述,深水钻井特点,深水钻井工艺技术,阶段成果,1）浅层气 Shallow Gas 2）浅层水流 SWF 3）天然气水合物 4）海底滑坡 5）固井作业质量保证,4.1、 表层建井工艺,挑战,表层建井工艺挑战为：,井场地质调查，进行浅层地质灾害分析及评估 无隔水管钻可

12、疑浅层气/水流地层（ 同时使用MWD/LWD） DKD（Dynamic kill Drilling）动态压井技术 PWD（Pressure while Drilling）随钻压力监测 表层喷射钻进下入表层导管及DAT（Drill Ahead Tool） 表层固井工艺,表层建井关键工艺及措施：,4.1.1 浅层地质灾害分析，井场地质调查,为海上深水勘探、开发平台提供作业海区水文环境、工程物探和工程地质基础资料。,调查目的,4.1、 表层建井工艺,深水井场调查特殊性,水深对海底调查的影响：一方面钻井装置类型的不同决定井场调查的内容；另一方面水深影响到井场调查的方式和使用工具的分辨率。,常规浅水调查

13、局限性,局限性：拖带设备的拖深控制和定位在深水中存在较多的问题，精度受影响。船载的设备由于长的传输距离，信号丢失较多，虚假信息较多，解释结果不可靠。,常规浅水大部分采用拖带和船载的方式,深水井场调查特点,目前深水常用水下自航测量设备（AUV：Autonomous Underwater Vehicle）作为调查工具的载体。,AUV通讯鱼,4.1、 表层建井工艺,4.1.1 浅层地质灾害分析，井场地质调查,井场调查关注点,4.1、 表层建井工艺,锚泊定位浮式钻井装置： 主要考虑抛锚的位置，海底生物群和浅层钻井危害； 评价范围要保证覆盖海底抛锚区域； 海底地质灾害评价应该集中于最大可能的锚链半径区域

14、内。 动力定位钻井装置： 主要考虑浅层钻井危害，海底稳定性和对生物群的影响； 动力定位钻井装置的地质危害评价集中在上部井段。浅层气是主要考虑对象。浅层流砂是第二位的考虑对象； 在井场周围1000m 范围的海域内，应关注作业对生物群的敏感性影响和海床的不稳定迹象。,井场调查项目,4.1、 表层建井工艺,浅层灾害分析必要性,除非3D资料的品质可以满足浅层灾害分析的要求、参考邻井浅层地质条件不是很复杂或不是很恶劣、，任何区域，对于深水探井，都非常必要进行井场调查。 浅层地质灾害分析的结果是进行钻井基本设计的重要依据，是制订项目风险控制措施的出发点，对于浅层地质灾害分析解决不了的问题，要借助于井场调查

15、。,4.1.1 BG井场地质调查,4.1、 表层建井工艺,做井场调查，对浅层可能出现的地质灾害进行了分析，给出风险提示。,LS22-1-1井调查结果,LS33-1-1井调查结果,4.1.1 Chevron井场浅层灾害分析,4.1、 表层建井工艺,YL19-1-1,未做特别的井场调查，通过使用3D 资料进行早期浅层灾害分析。,CC26-1-1,4.1.2 浅层水流,地震资料、井场调查资料和邻井资料提示井位区域存在可疑浅层水流，在井位选择时尽量避开该区域，如确实无法避开，钻井设计中则应有浅层水流的作业风险控制措施和现场应急处理方案(包括备选井位) ； 对存在可疑浅层水流区域，在制定钻井作业计划时应

16、充分考虑作业海域的环境及气象条件； 对钻井平台进行能力评估，确定钻井装置能力、井下工具和相关材料准备，要求储备足够的加重钻井液、重晶石等材料； 应组织对承包商钻完井作业人员进行资质审查，必要时进行培训，内容包括但不限于应组织的培训项目主要包括：深水钻井、安全环保应急程序、作业关键技术和作业程序、特殊工具的使用等； 在钻进作业前现场总监应组织召开安全会议和技术交底会，介绍浅层水流的作业程序、现场应急处理方案、作业要求和相关岗位职责等。,作业前准备工作,4.1、 表层建井工艺,4.1.2 浅层水流,表层作业，大部分情况下均尚未建立循环，无法定量通过返出量变化来监测浅层水流，无隔水管钻进可采用如下方

17、法进行监控： 使用随钻压力监测工具(PWD)，通过监测环空压力的变化以判断是否有高压水层出现； 对于可疑浅层水流区域，可预先钻探领眼(小井眼)方法，采用随钻测井工具(MWD ROV实时监控井口，观察是否有气体返出。,设定重浆和海水混合比例为1:1.5,DKD泥浆比重为11.2,4.1、 表层建井工艺,4.1.5 表层喷射钻进技术,背景,喷射下导管技术是为了解决海床不稳定、破裂压裂梯度底、气体水合物堵塞、浅层水流危害以及海底低温变化等浅层地质风险难题而提出的一种浅层钻井工艺，目前技术已比较成熟。,原理,喷射导管钻井技术采用喷射方式将表层导管下入到位，套管在其自重和钻具组合重力作用下随钻头钻出的领

18、眼下行并挤压周围海底地层直至设计深度，喷射到位后利用周围地层的黏附力和摩擦力稳固。,优点,由于深水区海底浅部地层比较松软，存在泥线不稳定因素，采用喷射导管作业可以规避常规程序表层作业风险； 喷射导管钻进作业结束后无需固井，可避免因水泥浆密度过大而压破地层，同时可避免低温等因素影响固井质量而造成井口下沉； 喷射导管技术无需固井作业，节约时间，并且用DAT工具，可以减少一趟起下钻。,4.1、 表层建井工艺,作业 流程,52,导管悬挂于月池活动门处,组合内部动力钻具,接DAT工具，并锁住井口头,下钻，探泥线,喷射钻进到位,沉浸导管串，脱手DAT工具,4.1、 表层建井工艺,4.1.5 表层喷射钻进技

19、术,关键设备,DAT介绍全名为Drill ahead tool,该工具有8个锁块，反转2.5圈，8个锁块伸出，与36”井口头锁紧。表层喷射钻进到位后，正转2.5圈，工具锁块收回。工具本体有J型槽，继续正转1/8圈，工具转至J槽竖直位置，钻具可自由下放，则可进行下个井段钻进。,4.1、 表层建井工艺,4.1.5 表层喷射钻进技术,54,南海西部合作区块表层喷射钻进情况统计,4.1、 表层建井工艺,4.1.5 表层喷射钻进技术,在整个深水井作业前期、过程中及钻后对孔隙压力及地层破裂压力评价，压力监测 Drillworks 软件被普遍使用。,这套系统可用于地层压力的钻前预测、随钻监测和钻后压力分析，

20、钻井过程中根据实时的LWD测井（电阻率、声波等）数据，结合邻井资料及现场其它信息，计算出一个较准确的地层压力，对异常情况及时预警，从而作业过程中一定程度可以避免井涌，延伸套管鞋深度，减少套管数目，优化井身结构。,BG做法：,现场配置两名地层压力随钻监测分析工程师，现场根据实时LWD数据，通过软件计算地层实际孔隙压力及破裂压力，实时监测压力的异常并较早提供报警。,雪佛龙做法：,现场由油公司一名地质监督来完成随钻压力的监测，根据现场测井资料，对钻前已建的压力模型进行不断修正。,4.2、 随钻压力监测技术,压力监测意义,3.2 随钻压力监测应用实例,成功案例 在LS33-1-1井17-1/2”井段作

21、业中，通过随钻压力分析，监测到地层实际孔隙压力比钻前预测压力要高，不能满足继续钻进条件，随即启用备用方案下入16”尾管，规避了压力异常带来井控风险。,4.2、 随钻压力监测技术,4.3、 泥浆工艺,深水泥浆需考虑问题,抑制水合物生成； 避免与处理井漏（表层疏松、压力窗口窄）； 大环空的携砂能力，井眼清洁； 低温下保持良好的流变性； 泥浆的抑制性（盐水）； 长时间裸眼； 海洋环境保护；,4.4、 固井工艺,深水固井需考虑问题,低温； 地层疏松； 海床下孔隙压力与破裂压力窗口窄； 浅层水和浅层气； 气体水合物问题； 环境保护；,4.5、 内波流,内波流是流体中由于非线性作用和线性频散作用达到平衡时

22、产生的一种流体动力学 现象，是一种非线性频散波动。由于孤立内波的非线性较强，它具有很大的垂向振幅 同时伴随着很强的波致流。一旦遇到，应按目标井所编写的应急预案处理。,南海有着世界海洋中最强的内波流，是内波流出现最为频繁的海域。,内波流定义,内波流危害,南海内波流,影响航行速度； 平台被推离井位过大，导致钻柱折断； 导致BOP或者隔水管受损；,4.6、 内波流,利用多普勒声波测速仪(ADCP)来监测井场区域的孤立内波； 平台也可配备综合孔径雷达（SAR）来探测内波流踪迹；,内波流监测,采取措施,提前预报； 调整推进器负荷，应对内波流； 应急阶段；,4.7、 负压试压,保证深水弃井作业质量和井下安

23、全；,目的,负压值确定,负压值不小于油气层或最后一层套管（尾管）鞋处地层压力与海水静液柱压力之差，选取其中较大值作为需测试的负压值；,1) 把上述体积的钻井液基油或其它低密度液体泵入至钻杆内； 2) 将地面管线内的钻井液基油或其它低密度液体全部顶替至钻杆内； 3) 停泵，记录立管压力（不要泄压）； 4) 关测试闸板（双向闸板）； 5) 从钻杆处泄压至0，观察计量罐15分钟，确认钻杆内没有回流； 6) 开泵逐步提高钻杆内压力至3)步骤时的记录压力后，打开测试闸板（双向闸板）；,深水井口装置,4.8、 深水井口装置,灵活 高效 可靠 合适,选择深水井口系统的主要考虑：,Guidelineless

24、Guide Base( Guidelineless Re-entry Assembly, GRA ),Mudmat,4.8 、深水井口装置,目前常用的深水钻井作业井口工具有： 1、ABB Vetco Gray的Cam Actuated Running Tool and Drill Ahead Tool； 2、FMC公司的UWD-15/RLSD系统； 3、Drill-Quip的Cam Actuated Dril-Ahead Tool 4、使用无导向绳导向设备（Guidelineless Re-entry Assembly或Guidelineless Guide Base)协助以后的对井口作业；

25、5、30或36套管串用Mudmat坐在泥线，提高了管柱的稳定性，同时防止了气体直接冲击连接器和防喷器。,4.8、 深水井口装置,深水作业中，由于泥面较松软，存在不稳定因素，而且深水钻井中BOP组较重，泥线防沉板增大了受力面积，可有效的防止井口下沉。安装防沉板，确定了低压井口头高出泥面的高度，增强了井口头的抗弯强度；同时，防止气体直接冲击连接器和防喷器。,泥线防沉板可与36或30井口头连接，防沉板操作较简单，下入隔水导管前先将防沉板移至月池，防沉板与井口头通过销钉连接，防尘板上的防转销钉可防止井口头在下入过程中转动。,Mudmat 安装,4.8、 深水井口装置,4.9、 ECD连续循环系统,工具介绍,ECD工具全称为 Eni Circulation Device，即为连续循环系统，深水作业中，孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间窗口往往十分窄小，使用ECD工具可以在接立柱时使井底仍保持循环，保证环空当量密度与钻进时一致，减少压力激动，防止地层呼吸效应。,4.10、 随钻扩眼器,工具介绍,在深水钻井中，由于孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间的作业窗口十分窄小，因此，深水区域的井所需的套管柱层数，常比有着相同钻进深度的浅水区域的井或陆上的井多，而随钻扩眼器的使用可以尽可能的满足多层次套管的选择。,主要内容,深水钻井主要风险,