深水鉆井設備現狀及發展分析

王新水 劉守忠（中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司海工大隊，山東 東營 257000）

在石油鉆井過程中，深水鉆井的鉆井難度較大，目前關于深水還沒有統一的定義，我國通常采用深水標準是五百米以下。隨著石油資源的消耗量逐漸增大，陸地上的石油資源逐漸被開發殆盡，深水油氣資源已經成為重要的油藏開發方向。深水油氣鉆井設備是實現深水鉆井的關鍵，隨著石油勘探開發設備和技術的不斷發展，深水油氣鉆井設備也得到了長足的發展，深水油氣鉆井關鍵技術問題逐漸被解決。通過對深水鉆井設備發展研究，可以為深水鉆井技術長足奠定基礎。

1 深水鉆井設備發展現狀

隨著深水鉆井技術的不斷發展，深水鉆井設備也面臨著重要的挑戰。首先在深水鉆井過程中，水深成為限制深水鉆井設備發展的重要因素。隨著海水深度的增大，鉆井工具、環境等越來越復雜，給鉆井平臺的承受能力、鉆井設備負載等都提出了很高的要求。而且隨著海水深度的增大，海洋鉆井使用隔水管的長度增長，對隔水管的強度和工作壽命都提出了較高的要求。隨著水深的增加，海水的溫度會越來越低，對鉆井設備提出了更高的要求。由于海上環境的復雜性，隨著海水深度的增大，海浪強度逐漸增大，在海浪作用下，容易導致鉆井平臺的移動，對鉆井設備也提出了更高的要求。遇到特殊情況時，如果鉆井平臺的載荷超出設計要求，需要將平臺和井下設備的部分連接設備斷開，防止設備的損壞。如果出現強烈的風暴等惡劣天氣，將會對平臺產生巨大的影響，因此在海洋鉆井平臺設計過程中，安全性設計非常重要。深度增加后海水的溫度逐漸降低，深海地區海水的溫度在零度以下，給深海鉆井帶了巨大的挑戰，低溫海水會對海底巖層產生作用，導致海底巖層溫度降低，較低的溫度會嚴重影響鉆井液的流動性，當鉆井液的溫度降低后，鉆井液的粘度增大，導致鉆井液的流動性變差。鉆井液在井筒流動的過程中，流動阻力大幅增大。而且在低溫條件下，固井水泥漿的凝固時間增長，凝固形成的水泥石的強度也不高。在深水鉆井過程中，如果發生深水地質災害，容易導致海洋深水鉆井作業的失敗。淺層流動是影響深水鉆井主要的災害之一，淺層流動介質可以是液體也可以是氣體，這些淺層的流動介質會嚴重影響井下平臺設備強度，例如淺層的流動介質會沖刷平臺導管等部分，嚴重的將會導致鉆井設備的失效。淺層的氣流進入海水中后，海水的密度逐漸的降低，平臺的浮力減小，海洋鉆井平臺受力改變后，將會影響平臺的穩定性。在深海鉆井過程中，深海鉆井的泥漿密度窗口較小，導致鉆井事故的頻發，給深海鉆井帶了巨大的挑戰。海水中的水合物也會給深水鉆井帶了巨大的挑戰。在固井的過程中，水泥漿的凝固將會釋放大量的熱量，產生的熱量會對水合物加熱，導致水合物的分解，形成大量的氣體，形成水泥漿的氣竄現象，嚴重影響到固井質量。形成的氣體進入到鉆井液中，降低了鉆井液的密度，鉆井液的液柱壓力降低，容易發生井涌甚至是井噴等嚴重鉆井事故。如果在深海鉆井過程中，鉆遇了較厚的水合物層位，由于鉆井作業將會導致水合物物性的改變，影響了水合物層位的穩定性，降低了深海鉆井井筒的穩定性。

2 深海鉆井關鍵設備的發展分析

在深水鉆井過程中，深水鉆井裝置要承受風浪、海流等特殊條件的考驗，海水對鉆井設設備的腐蝕也比較嚴重，因此需要不斷地提高深水鉆井設備的安全性和穩定性。深水鉆井船具有良好的可移動性。深水鉆井船主要包括鉆井設備、動力定位、移動等部分，由于平臺是船體，因此具有良好的移動性，操作靈活，能夠快速進行鉆井位置的移動，深水鉆井船可以適用于深度較深的深水鉆井，但是鉆井船的空間有限，鉆井平臺的空間小，同時受惡劣天氣的影響較大。半潛式平臺是由固定平臺逐漸發展起來的，半潛式平臺具有許多優勢，例如可以抵御較惡劣的海洋環境，鉆井平臺的面積大，系統的強度高，具有較高的鉆井作業效率，和其他鉆井方式相比，在深海鉆井方面具有諸多優勢，因此近年來得到了快速的發展。在鉆井作業時，將半潛式平臺的下部浮體中注入水，保證平臺的大部分都能夠在海水以下，減小鉆井平臺在海面以上的露出體積，降低了海浪對鉆井平臺的影響。當鉆井作業完成后，再將下部浮體中水排出，半潛式平臺的浮力逐漸增大，進而進行鉆井平臺的拖航。隨著半潛式平臺技術的逐漸發展，鉆井平臺的重量越來越小，自動化程度越來越高，能夠應用的作用水深也越來越大，鉆井平臺的鉆井深度越來越大，平臺的強度也越來越高。為了適應深水鉆井平臺條件，傳統的鉆井也在不斷地發展，主要的朝著大功率、交流變頻的方向發展。通過不斷改變現有的鉆機結構，采用新型的絞車等設備，可以有效的降低深水鉆機設備的空間和重量，同時還能夠降低鉆機的成本，深水鉆井機械的自動化程度將會不斷提升，有效的提高了深水鉆井的工作效率和質量。

[1]岳吉祥,綦耀光,肖文生,等.半潛式鉆井平臺雙井架鉆機作業工藝初步研究[J].石油鉆探技術,2009.

[2]暢元江,陳國明,鞠少棟.國外深水鉆井隔水管系統產品技術現狀與進展[J].石油機械,2008.

[3]趙洪山,劉新華,白立業.深水海洋石油鉆井裝備發展現狀[J].石油礦場機械,2010.