66、中海石油研究中心]深水钻井水下井口系统配置与选型研究

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1、第六届全国石油钻井院所长会议论文集深水钻井水下井口系统配置与选型研究付英军蒋世全姜伟（中海石油研究中心北京100027）【摘要】进入21世纪，深水毫无疑问的成为石油资源勘探开发领域最热门的话题之一。从上世纪80年代至今，国外在深水钻探技术取得了长足的发展，并趋于成熟。相比而言，我国的深水钻井技术仍为空白，仅在近期才开始同外国公司合作，共同进行深水油气田的开发。当前，国外油公司的钻井作业水深已突破3048m，而中海油的油气钻井最大水深为607m，存在着不小的差距。深水钻井水下井口系统配置与选型研究是深水钻井技术研究的最佳切入点，有助于我们对深水钻井技术进行更深一

2、步的了解，为后续的研究与开展深水钻井作业提供基础资料。本文将建立在大量文献的基础上，对深水钻井水下井口系统的特点，以及配置选型考虑的因素及设计方法进行系统的阐述和探讨，为现场开展深水钻井作业提供了参考依据。1钻井水下井口系统的组成及特点典型的深水钻井水下井口系统由钻井隔水管系统、井控系统以及钻井水下基盘系统组成。随着水深及作业环境和作业要求的不同，水下井口系统的配置组成也不尽相同。一般来说，水下井口系统的设计涵盖在钻井船设计中。同时，钻井水下井口系统的配置和构成还与钻井工艺，钻井作业操作等因素有关，应具体问题具体进行分析。浅水钻井作业，由于作业环境以及海况条件

3、比较温和，水下井口系统的组成比较简单，要求也不高，但是随着水深超过了600m，当前的钻井水下井口系统将面临着许多的问题，总的来说，深水钻井水下井口系统相比浅水水域的钻井水下井口系统有着其独特的一面，主要表现在：深水钻井面临的恶劣海洋环境，深水油层的埋藏普遍较深，对于压力的控制特别的严格，海底地层较疏松。因此，深水钻井过程也大都是非常规的做法，需要增添一些新的设备，并且对作业人员进行相应的技能训练，深水水域的钻井作业更多的需要考虑作业环境带来的一系列问题，如高额的钻机日费，需要更多的套管层序，钻井作业周期将变得更长，完井的可用空间将更小，非生产时间增多，以及废弃

4、物的处理问题，这都决定了深水钻井水下井口系统的特殊性。钻井水下井口系统的发展从简单到复杂，逐步向多样化的发向发展，除了目前较多的φ533.4mm隔水管系统配备水下防喷器系统的水下井口系统以外，近来国外从深水钻井费用成本等角度考虑，提出了φ406.4mm或者更小尺寸的隔水管系统配备地面防喷器系统的概念，并已经开始在较温和的海况条件下得到现场应用。同时，还出现了将防喷器系统的位置放置在隔水管系统中上部位置的概念，即所谓的水中浮筒钻井装置，这些大都是考虑降低深水作业成本以及现有深水钻井装置的特点，结合新的钻井工艺技术，呈现的多样化的深水钻井水下井口系统概念。除了以上

5、的配置特点以外，费用也是区别浅水的重要因素，据资料统计，用于深水钻井的水下防喷器系统的费用在两千万美元左右，1400m作业水深的隔水管系统在一千万美元，深水钻井的水下井口系统的费用较浅水钻井水下井口系统有着本质的区别。下面以常规φ533.4mm隔水管系统配备水下防喷器系统为例，分别阐述各个组件以及在钻井水下井口系统配置和设计时考虑的因素。1.1井口下入设备407第六届全国石油钻井院所长会议论文集井口下入设备用于提升和下放隔水管系统和防喷器组。主要有卡盘，装卸工具组等，卡盘在下入或上提隔水管系统和防喷器组时对隔水管系统和防喷器组起到支撑作用。作业时，使用导向绳将

6、隔水管和配套水下设备导引至井口，或者不适用导向绳，而在ROV的辅助下完成作业。卡盘在钻台上为隔水管和防喷器组提供支撑。减震卡盘用于减轻隔水管支撑肩上的冲击负荷；万向卡盘用于减轻支撑肩上的挠矩。导向绳可用于把隔水管系统及其配套水下设备导引至接近海底的配合连接装置。通常四条钢丝导向绳（分别构成方形的四个角）从临时导向基座延伸至浮式钻井装置，在钻井装置上，每条导向绳分别由一个导向绳张紧装置拉伸着。一般情况下，导向绳接系点距井眼中心1.83m，构成了一个边长约2.59m的正方形。对井口下入设备进行选择、配备和设计时主要考虑以下的因素：最大静态载荷能力；船舶运动、波浪和

7、海流导致的动态负荷；隔水管下入作业过程中的弯曲负荷；冲击负荷。1.2分流器系统下入φ762mm套管后，再次开钻时，一般情况下φ762mm套管还缺少关井所需的足够压力，在此阶段尚未安装防喷器（BOP），如果此时发生井喷，隔水管系统将把流体引至钻机上的分流系统。分流系统由环空密封设备、能打开放气管线又能关闭钻井液返出管的装置以及一个控制系统组成。浮式钻机的水面分流系统通常直接安装在转盘下。分流器装置锁定在一个内置壳体内。上部挠性/球形接头通常安装在分流器装置的底部，是海上钻井水下井口系统最上端的组件。水下分流器组可安装在井口上，实施水下分流。分流器系统主要使用在浮

8、式钻井船上，一般在裸眼井段钻进时用它来