中國海洋石油深水鉆完井技術(shù)

姜　　偉（中國海洋石油總公司，北京　100010）

中國海洋石油深水鉆完井技術(shù)

姜偉
（中國海洋石油總公司，北京100010）

回顧了中國海洋石油深水工程技術(shù)的發(fā)展歷程，探討了國內(nèi)深水工程技術(shù)的發(fā)展方向。進入21世紀以來，中國海洋石油總公司加快了進軍深水的步伐，無論是在投資規(guī)模還是技術(shù)儲備以及人才培養(yǎng)等方面都高度重視，逐步形成了深水技術(shù)、深水科研、深水管理的三大體系，經(jīng)過海外和國內(nèi)兩個方面的作業(yè)實踐，建成了適應(yīng)不同水深梯度的鉆井裝備，具備了國內(nèi)外深水自主作業(yè)能力，積累了深水實踐的組織管理能力，5年時間內(nèi)實現(xiàn)了從深水到超深水的跨越。

海洋石油；深水工程技術(shù)；深水管理；作業(yè)實踐；鉆井裝備；作業(yè)能力；超深水跨越

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展與人類科學(xué)技術(shù)水平的進步，人類社會進入21世紀以來，深水作為現(xiàn)代科技和能源技術(shù)的標(biāo)志性領(lǐng)域，引來了各國的廣泛關(guān)注。世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的深水油氣區(qū)已達30個左右，世界油氣的增長有近50%來自于海上。

我國近海有十分豐富的油氣資源，特別是南海油氣資源更加豐富。據(jù)估計，南海的油氣儲量在230~300億t之間，約占我國總資源量的三分之一，且70%的儲量是在深水區(qū)。南海屬于世界四大油氣聚集區(qū)之一，具有廣闊的油氣勘探、開發(fā)前景。一直以來，由于經(jīng)濟和技術(shù)方面的原因，我國在深水方面做的工作很少，勘探程度很低。

走向深水面臨4大挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)1，高風(fēng)險高投入：海洋石油是高投入高風(fēng)險行業(yè)，而深水是海洋石油工業(yè)中最具高投入和高風(fēng)險特點的領(lǐng)域，是雙高的典型和代表；挑戰(zhàn)2，高技術(shù)：深水在深海工程技術(shù)領(lǐng)域里技術(shù)含量最高，高科技涵蓋最廣，國內(nèi)缺乏成熟經(jīng)驗，缺少深水技術(shù)儲備；挑戰(zhàn)3，缺乏進軍深水的大型裝備及手段；挑戰(zhàn)4，沒有進入深水作業(yè)的人才團隊。

中國海洋石油總公司（以下簡稱中海油）深水鉆完井工程技術(shù)的發(fā)展，主要經(jīng)歷了2個階段。

第1階段，以引進、消化、吸收為主，通過對外合作，開始步入深水。通過單井股份參入、并購大型油田、反承包作業(yè)、合作研究等不同方式，沉淀深水技術(shù)，培養(yǎng)作業(yè)能力，汲取管理經(jīng)驗，為日后的深水油氣田自主作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

第2階段，中海油深水鉆井進入到自營階段。在這一階段，中海油當(dāng)作業(yè)者，依靠自己的技術(shù)力量對深水鉆井進行管理和運營，標(biāo)志著中海油逐步具備了深水作業(yè)能力。

2012年3月，以海洋石油981為代表的中海油第1座國內(nèi)自行建造的第6代半潛式動力定位鉆井平臺，開啟了南海深水自營作業(yè)新時代，它標(biāo)志著中海油已經(jīng)建立起了自己的深水鉆井裝備體系、深水鉆井技術(shù)體系，具備了深水自主作業(yè)能力、深水人才隊伍的建設(shè)及管理能力。

2014年，981平臺完成了中石油ZS深水項目，開創(chuàng)了零污染、零事故、零傷亡的作業(yè)先例，標(biāo)志著中海油完全具備了走向深水、走向遠海的技術(shù)水平與作業(yè)能力［1-3］。

1　深水鉆完井的對外合作學(xué)習(xí)階段

1987年，南中國海開始了第1口深水井BY7-1-1井的鉆探工作，該井的作業(yè)水深499.42 m，由中海油的南海5號半潛式平臺承鉆，使中海油有機會接觸和學(xué)習(xí)到外國公司先進的深水鉆井技術(shù)和深水作業(yè)管理。從此，中海油的深水鉆井開始了學(xué)習(xí)、消化以及吸收歷程，在此期間國外深水安全鉆井技術(shù)，如表層噴射下入導(dǎo)管、動態(tài)壓井、南海臺風(fēng)期作業(yè)的安全應(yīng)急等技術(shù)的應(yīng)用實踐，為我們走向深水，掌握安全，應(yīng)對海上作業(yè)的重大氣象環(huán)境條件的影響提供了示范，為中海油走向深水油氣勘探開發(fā)奠定了堅實的技術(shù)和管理基礎(chǔ)。

在這一階段，外國公司在中國南海的深水鉆井情況和特點如下。

（1）鉆井?dāng)?shù)量少、學(xué)習(xí)機會少。1987—2012年的25年時間，共計鉆深水井8口，這充分體現(xiàn)了深水井高投入高風(fēng)險，工作量遠遠小于淺水；從另一個側(cè)面也說明了學(xué)習(xí)和了解更多的國外深水知識和技術(shù)的機會來之不易。

（2）深水鉆井裝備跨度大。在這一階段，深水鉆井裝備涵蓋了第2代半潛式鉆井平臺、第3代半潛式鉆井平臺、第6代半潛式鉆井平臺。因此，在鉆井裝置上，對深水裝備和性能特點、各平臺之間的參數(shù)對比、世界深水鉆機技術(shù)有了更多的體會和認識。

（3）作業(yè)水深與定位方式變化大。作業(yè)水深涵蓋499~1 920 m的范疇，從定位方式上歷經(jīng)傳統(tǒng)的錨鏈定位、第5代動力定位、最新的第6代鉆井平臺的動力錨鏈混合定位方式，鉆井最深達5 237 m。

（4）作業(yè)投資者少。25年間，合作的外國公司僅包括BP、BG、Chevron、Anadarko、Devon 等。同時，海上鉆井的井身結(jié)構(gòu)、套管層數(shù)、作業(yè)風(fēng)險隨水深的增加變化很大，工藝更趨于復(fù)雜。詳細的鉆井情況見表1。

表1　1987—2012年外國公司在我國深水鉆井情況

2　深水鉆完井的自營作業(yè)階段

2.1中國海洋深水鉆井技術(shù)的突破

中海油進入深水領(lǐng)域，自己當(dāng)作業(yè)者進行深水鉆井工作，是在2010年1月15日以赤幾S-1井為標(biāo)志開始的，該項目是中海油在非洲開始的第1個深水勘探項目，至當(dāng)年的4月19日結(jié)束，安全順利完成了2口井的鉆探任務(wù)，平均井深3 700 m，最大水深1 096 m，平均鉆井周期37 d，全井無安全事故，提前7.6 d完成任務(wù)，實現(xiàn)了中海油深水鉆井歷史上的3個突破：首次作為深水作業(yè)者，成功組織、實施深水鉆井作業(yè)；首次在海外實施深水鉆井作業(yè)；首次組織水深突破1 000 m的深水鉆井作業(yè)。赤幾深水鉆井的成功，使中海油的深水技術(shù)順利通過了初步的檢驗。同時，一批年輕的鉆井技術(shù)和管理人員經(jīng)受了西非艱苦環(huán)境條件的考驗，這個歷史性的機遇對于中海油具有3個方面的重要意義。

（1）掌握了一套深水鉆井技術(shù)。如深水鉆井淺層地質(zhì)災(zāi)害評估、深水錨泊定位、深水動力錨泊組合定位、深水鉆井工程設(shè)計、深水鉆井工程作業(yè)等。

（2）掌握了深水鉆井工程中的諸多國際通行慣例和做法，為今后海外深水作業(yè)管理奠定了堅實基礎(chǔ)。

（3）租用國際深水鉆井船完成海外的勘探深水項目，豐富了在國際市場的大環(huán)境條件下，組織、管理海外深水作業(yè)的經(jīng)驗。

2.2中國海洋深水鉆井裝備的旗艦

以海洋石油981為代表的深水實踐，標(biāo)志著中國海油走向深水邁出了實質(zhì)性的步伐，對實現(xiàn)海油“二次跨越”具有重要的戰(zhàn)略意義。中海油從2004年起就開始頂層設(shè)計，2009年建成我國第一座第6代動力定位深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”（圖1）。該平臺的建造，為我國進行深水勘探奠定了裝備基礎(chǔ)，體現(xiàn)了我國走向深水，開發(fā)海洋的決心和能力。

圖1　海洋石油981平臺

海洋石油981平臺，最大工作水深3 000 m，鉆井深度10 000 m，可變載荷90 000 kN，可抵抗200年一遇的臺風(fēng)襲擊（最大風(fēng)速109節(jié)），是目前我國深海勘探開發(fā)的深水旗艦。平臺自2012年3月投入運營，取得了一系列鉆完井技術(shù)的新突破和進展。

（1）成功實施了水深 2 454 m超深水鉆井作業(yè)，使中國鉆井技術(shù)和作業(yè)能力進入到世界超深水行列。

（2）平臺投入至今，經(jīng)歷了南海13個臺風(fēng)、季風(fēng)、5次內(nèi)波流等惡劣海況的嚴峻考驗，最大風(fēng)力15級臺風(fēng)，平臺安全可靠，人員安全無恙，平臺定位系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)完好，驗證了平臺設(shè)計、建造的科學(xué)性、使用的安全性與良好的可操作性。

（3）歷時3年的南海作業(yè)，成功完成了20口鉆完井、1口井測試作業(yè)，平均水深1 530 m，最大水深2 454 m，平均作業(yè)時效高達86%，高出國際同類先進平臺10%，平臺設(shè)備最高時效達到99%，已進入到世界同類鉆井平臺最佳作業(yè)水平的第一陣容。

2.3中國海洋深水作業(yè)能力的提升

“十二五”期間，已經(jīng)建成滿足不同作業(yè)水深勘探開發(fā)的梯次船隊。NH8半潛式鉆井平臺，最大作業(yè)水深800 m，鉆井能力7 600 m；NH9半潛式平臺，最大作業(yè)水深1 615 m，鉆井能力7 600 m。這2座半潛式平臺已經(jīng)陸續(xù)完成了19口深水井的鉆井和3口深水井的測試工作。在深水鉆完井、測試工作方面已經(jīng)具備了獨立從事深水油氣田勘探開發(fā)的作業(yè)能力。

2.4中國海洋深水技術(shù)隊伍的發(fā)展

中海油已初步建成了深水專業(yè)化技術(shù)服務(wù)隊伍。隨著深水鉆井完井和測試工作的開展，與之相關(guān)的專業(yè)技術(shù)服務(wù)工作也得到了相應(yīng)的推動和發(fā)展，在平臺的海上定位、深水鉆井液、固井、深水錄井、深水測井、深水測試、深水水下井口安裝、水下采油樹安裝等10個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，中海油已經(jīng)形成了專業(yè)化服務(wù)隊伍并初具規(guī)模，為支持海上作業(yè)、保證作業(yè)安全等方面發(fā)揮了積極的作用。

3　中國海洋石油深水領(lǐng)域的科研成果

3.1深水基礎(chǔ)理論研究

通過室內(nèi)隔水管水池實驗研究，真實模擬了在鉆井工況和海洋工況耦合條件下隔水管力學(xué)行為和實驗檢測，首次發(fā)現(xiàn)并提出了深水隔水管力學(xué)行為的“三分之一效應(yīng)”和“上下邊界效應(yīng)”，兩效應(yīng)在實踐中的成功應(yīng)用，為隔水管合理配置、頂張力優(yōu)化、浮力塊數(shù)量及安裝位置、隔水管安全管理提供了理論分析基礎(chǔ)和依據(jù)。

3.2深水關(guān)鍵技術(shù)研究

形成了深水鉆完井工藝、裝備、自動監(jiān)測、實驗平臺等系列技術(shù)成果。涵蓋了23項技術(shù)研究內(nèi)容，主要是針對目前深水作業(yè)與安全有關(guān)的隔水管力學(xué)特征和懸掛方式、深水鉆井液體系、深水水泥漿體系、深水井下流量控制和監(jiān)測、深水鉆機選型等問題的研究工作。

3.3深水研究成果的成功應(yīng)用

一批研究成果已開始在現(xiàn)場應(yīng)用，形成了科研成果與工程應(yīng)用的良好互動和緊密結(jié)合。如深水鉆井液體系和水泥漿體系、深水動態(tài)壓井裝置、深水棄井水下切割工具等。這些科研成果的應(yīng)用，標(biāo)志著我國在深水技術(shù)領(lǐng)域里零的突破。

4　中國海洋石油深水鉆完井的基礎(chǔ)保障

從水深200 m到3 000 m，國外石油工業(yè)花費了近40年的時間，而中海油僅用了10年左右就實現(xiàn)了從深水起步到超深水2 454 m的跨越，這既是成功的典范也是必須警惕的重點。因此，做好基礎(chǔ)的工作十分重要。

4.1建立技術(shù)標(biāo)準和規(guī)范

自2009年，在學(xué)習(xí)和消化外國公司技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中海油深水工作實際，完成了《深水鉆井規(guī)程與指南》、《深水測試規(guī)程與指南》、《深水完井規(guī)程與指南》的編寫、頒布和下發(fā)，形成了中海油具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準，使得中海油的深水鉆完井測試工程技術(shù)工作有章可循，有規(guī)范可依。

4.2注重深水人才培養(yǎng)和能力建設(shè)

在深水作業(yè)實踐中，注重培養(yǎng)和打造3支隊伍，即深水鉆完井工程技術(shù)隊伍、深水鉆井平臺裝備操作隊伍、深水鉆完井工程技術(shù)研究隊伍。按照這3支隊伍的培養(yǎng)規(guī)劃，深水工程技術(shù)隊伍主要以南海東部和西部2個分公司以及海能發(fā)的技術(shù)隊伍為主，適應(yīng)和滿足深水技術(shù)的發(fā)展，完全勝任和承擔(dān)作業(yè)的組織管理工作；從深水鉆井平臺裝備操作隊伍看，中海油深水鉆井平臺船隊已經(jīng)形成了一支堅強有力的平臺管理及操作隊伍，能夠勝任海上作業(yè)的需求；深水技術(shù)研究隊伍以中海油研究系統(tǒng)為主，集中了一批年輕有為的技術(shù)骨干，開展了各項科研工作，為現(xiàn)場實踐提供了強有力的技術(shù)支持。

通過自主鉆完井實踐和海內(nèi)外深水平臺應(yīng)用，中海油逐步完成科研、生產(chǎn)、作業(yè)人員的交叉培養(yǎng)和人才梯隊建設(shè)，培養(yǎng)了未來深水發(fā)展的脊梁。

5　中國海洋石油深水鉆完井技術(shù)發(fā)展方向

隨著中國深水勘探、開發(fā)的深入，作業(yè)水深和作業(yè)難度進一步增加，先進的鉆井裝置和配套的深水鉆完井技術(shù)將被開發(fā)和研究。雙井架第6代動力定位鉆井平臺將大量投入使用，通過并行（離線）作業(yè)（尤其是無隔水管井段、鉆井和完井同時開展）、批量作業(yè)（如表層批鉆、懸掛防噴器井間移位實現(xiàn)下部井段批鉆），縮短作業(yè)時間來解決作業(yè)成本高的問題；通過強大的動力系統(tǒng)、鉆井泵系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、隔水管張力系統(tǒng)、防噴器系統(tǒng)以滿足水深和井深作業(yè)需求，并適應(yīng)惡劣的深水作業(yè)環(huán)境，保障作業(yè)安全（如遭遇臺風(fēng)時動力定位應(yīng)對更加安全、快速）；TLP（張力腿平臺）、SPAR（深吃水圓筒式）和水下技術(shù)將用來解決南海惡劣環(huán)境下深水油氣田開發(fā)問題；動態(tài)壓井技術(shù)將解決井位處存在淺層水流、淺層氣而無法避開所帶來的問題（針對淺層災(zāi)害分布廣的深水油氣田）；雙梯度鉆井、控壓鉆井將解決作業(yè)窗口窄、井漏處理困難的問題；先進的井控軟件將解決溢流監(jiān)測困難、處理復(fù)雜的問題；深水的大位移井、高溫高壓井和智能完井也會出現(xiàn)，將解決深水儲層埋深淺、修井困難、控制要求高等問題；新型鉆井液、固井體系將解決低溫、高壓、水合物等問題；提速工藝將應(yīng)用到深水井中解決鉆速慢導(dǎo)致作業(yè)費用高、套管和鉆具磨損等問題。

6　結(jié)束語

（1）深水技術(shù)領(lǐng)域是我國石油工業(yè)未來發(fā)展的新領(lǐng)域，特別是未來在陸上油氣資源日趨探明和有限的條件下，走向海洋，走向深水，已經(jīng)成為中國石油工業(yè)的必然。因此，關(guān)注深水、重視海洋是我國當(dāng)前石油行業(yè)里要積極開展工作的一件大事。

（2）深水勘探開發(fā)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既涉及大量的工程技術(shù)問題，又涉及大量的投資問題，同時，還涉及諸多基礎(chǔ)理論研究問題，因此，還要大力開展基礎(chǔ)性研究工作。

（3）深水領(lǐng)域是傳統(tǒng)油氣行業(yè)里的一個創(chuàng)新領(lǐng)地，需要多學(xué)科、多專業(yè)互相協(xié)調(diào)和配合。因此需要在學(xué)科建設(shè)方面，以科學(xué)發(fā)展的理念開拓新的學(xué)科領(lǐng)域，加強深水技術(shù)人才培養(yǎng)，提升作業(yè)能力。

（4）深水鉆完井在技術(shù)裝備上也需要投入更多資金，花費更多資源與大自然的不利因素抗?fàn)帯Ｐ柙谏钏b備尤其是深水專用設(shè)備上以科學(xué)求實的態(tài)度，開展相應(yīng)的研究工作，發(fā)展我國的深水裝備事業(yè)。

（5）作業(yè)安全始終是步入深水的一道難題，深水作業(yè)始終應(yīng)以一種敬畏的精神、求實的態(tài)度，堅持預(yù)防為主，認真執(zhí)行企業(yè)和行業(yè)的各種作業(yè)規(guī)范和標(biāo)準。同時，還應(yīng)大力發(fā)展海上的安全應(yīng)急處置技術(shù)、海上救援井技術(shù)，建立企業(yè)專業(yè)化安全應(yīng)急組織。

（6）中國深水鉆完井技術(shù)發(fā)展方向?qū)⒂缮钏攸c、南海環(huán)境和地質(zhì)情況決定。先進的鉆井裝置，動態(tài)壓井、雙梯度、控壓鉆井、新型的鉆井液、固井體系、提速工藝等技術(shù)將會應(yīng)用到鉆完井過程中，解決深水鉆完井過程中面臨的問題。

［1］姜偉.凝心聚力在深水南海測試謀跨越［N］.海洋石油報，2014-09-12（2）.

［2］吳莉.中國海油副總經(jīng)理、中國工程院院士周守為縱論深水勘探：用5—10年完成300~3 000 m的跨越［N］.中國能源報，2010-03-22（4）.

［3］楊進，曹式敬.深水石油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.石油鉆采工藝，2008，30（2）：10-13.

（修改稿收到日期2014-12-28）

〔編輯付麗霞〕

Deepwater drilling and completion technology of China National Offshore Oil Corporation

JIANG Wei
（China National Offshore Oil Corporation, Beijing 100010, China）

The development history of deepwater engineering technology of China National Offshore Oil Corporation has been reviewed and the development direction of deepwater engineering technology in China has been discussed. After the entry into the 21st century, China National Offshore Oil Corporation has accelerated the march towards the deepwater field, and had also attached great importance to the investment scale, technical reserve, talent cultivation and other aspects. It gradually formed three systems, namely, deepwater technology, deepwater scientific research and deepwater management, constructed the drilling equipment suitable for different water depth gradients via the operation practices at home and abroad, which possessed the international and domestic deepwater selfsupport operation capacity, accumulated the organization management capacity of deepwater practices, and had achieved the leapfrog from "deepwater" to "ultra-deepwater" within 5 years.

offshore oil; deepwater engineering technology; deepwater management; operation practice; drilling equipment; operation capacity; ultra-deepwater leapfrog

TE52

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0007 – 04

10.13639/j.odpt.2015.01.002

姜偉，1955年生。1982 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)任副總工程師兼鉆完井技術(shù)管理部總經(jīng)理，長期從事鉆完井技術(shù)研究和管理工作,高級工程師。電話：18810454095。E-mail：jiangwei@cnooc.com.cn。

引用格式：姜偉. 中國海洋石油深水鉆完井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：7-10.