双梯度钻井技术Word文档格式.docx

双梯度钻井技术Word文档格式.docx

《双梯度钻井技术Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双梯度钻井技术Word文档格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

——井总垂直深度，m；

——常规钻井液密度，g/cm3。

而DGD钻井液返回回路中将产生两个液柱梯度，从水面到海底为海水或与海水密度相近的混合流体，而从海底到井底那么为高密度的钻井液。

井底压力表示为：

（3-2）

——DGD井底压力，Mpa；

——水深，m；

——海水密度，g/cm3；

——DGD钻井液密度g/cm3。

图3-1所示为常规钻井和双梯度钻井钻井液静水压力曲线图。

由于深水海底疏松的沉积和海水柱作用，地层压力曲线和破裂压力曲线距离很近。

常规钻井钻井液的静水压力曲线是从海面钻井船延伸的一条直线，该静水压力在很短的垂直距离上穿过钻井液密度窗口，因此很难将井眼环空压力维持在这两条曲线中间，容易发生井漏事故。

因此，为了保证井身的质量，需要下多层套管柱。

而采纳DGD方式可将海底环空压力降低至与周围海水压力相当，DGD钻井液静水压力曲线是从海底延伸的一条直线，直线的斜度大大减小，因此孔隙压力和破裂压力之间的间隙就相对变宽，有一个相对较大的垂直距离用于钻井。

如此一方面能够减小隔水管的余量，另一方面，海底以上隔水管内流体密度与海水密度相等，所有的压力以海底为参考点，从而能够减少套管柱利用的数量、利用小的钻井船，降低钻井费用。

（a）（b）

图3-1双梯度与常规单梯度静水力学梯度对照

图3-2双梯度钻井原理图[31]

（2）双梯度钻井的优势[32][33]

①减少了套管数量，能够节省3层套管，每层套管可节省2百万到3百万美元。

据有关资料统计，采纳双梯度钻井技术能够将建井周期缩短约65%，每口井可节约钻井本钱500万-1500万美元；

②增加了调剂钻井液密度的窗口，能够降低钻井液的漏失；

③提高了工作效率，通过利用标准计量孔钻井技术（例如，旋转导向和多边技术）能够明显降低非作业时刻；

④钻穿产油层时能够维持大井眼钻进，实现快速、大油管完井；

⑤对环境阻碍减少。

立管内再也不充满泥浆，因此，当显现紧急状况要进行立管分离操作时只会有很少的泥浆释放到环境中；

⑥可使隔水导管内、外受力平稳，而且可幸免泥浆通过隔水导管内的环空，降低了环空流动摩阻，进而解决了泥浆在隔水导管内反速太低和岩屑携带方面的问题等；

⑦可降低深水钻井作业对钻井平台和钻机等钻井装备的要求。

与常规钻井技术相较，能够用更小、更廉价的钻井设备钻更深的深水井，能够采纳3D钻井系统作业；

⑧可减少隔水管余量，平台紧急撤离时更为平安，显现井喷等较大事故的可能性及对海洋环境污染的可能性也大大降低；

同时可减少泥浆的用量，使本钱降低；

⑨从理论上讲，双梯度钻井技术对水深没有限制，能够在任何水深中进行钻探。

（3）双梯度钻井的缺点[33]

①需要增加新设备，在必然程度上会增加钻井本钱；

②相关技术不成熟，会带来必然的作业风险；

③检测和处置井涌会有一些困难，会显现井控等平安方面的问题。

2双梯度钻井技术国内外现状

双梯度钻井技术是国外20世纪60年代提出，90年代快速进展的一项技术。

在1996年左右开始的四个项目开始研究双梯度钻井技术，即DGD，应用与水深超过5000ft。

（目前可应用于水深超过10000ft的深水钻探）这四个项目是Shell石油公司项目、海底泥浆举升（SMD）联合项目、DeepVision项目和Maurer技术的空心玻璃球项目。

目前实现双梯度钻井的方式要紧有3类：

无隔水管钻井、海底泵举升钻井液、和双密度钻井。

国外的康纳和石油公司（Conoco）、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研究。

组建于1996年的SMDJIP研发海底泥浆举升钻井系统，SMDJIP是唯一进行全尺寸海上实验的双梯度钻井系统，SMDJIP利用平台“DiamondNewEra”，于2001年8月24日至2001年10月14日在墨西哥湾绿峡136区块进行海上实验，目前已投入工业应用。

DeepVisionJIP研发DeepVision双梯度钻井系统，项目于2002年成功完成包括海底泵和操纵系统在内的关键设备的室内实验。

Shell公司海底泵系统的研究于1996年启动，项目于2002年下半年进入应历时期。

挪威AGRSubsea公司开发的无隔水管钻井液回收（RMR）系统，取得2005年度的海洋技术会议（OTC）新技术奖，该系统已通过挪威研究委员会的认证，已在黑海WestAzeri油田进行工业应用，取得良好的经济效益。

由美国Maurer技术公司承担的美国能源部的项目“欠平稳钻井产品的开发与实验（DE-AC21-9431197）”提出空心球双梯度钻井的概念。

路易斯安那大学（LSU）和巴西国家石油公司（Petrobras）一起研究了隔水管气举双梯度钻井技术。

国内目前对双梯度钻井的研究只停留在调研和理论研究时期。

中国石油大学（华东）的陈国明教授等人对双梯度钻井进行了细致的调研工作，并对相关的理论进行了研究。

中国海洋研究中心也正在踊跃进行这方面的研究。

另外，江苏油田工程技术研究院、中国石油大学（北京）等部门也展开了对双梯度钻井技术的研究。

我国石油勘探开发最近几年将挥师南海，南海深水石油的勘探开发将会碰到一系列的问题。

因此，此刻咱们要尽力学习、研究国外先进的深水钻井技术，并踊跃进行自主创新，为开发南海打下坚实的技术基础。

3双梯度钻井技术详述

（1）双梯度钻井实现方式

海底泵举升钻井液、无隔水管钻井、和双密度钻井。

具体情形如图3-3所示：

①海底泵举升钻井液

海底泵举升钻井是一种双梯度控压钻井技术，在钻井作业时，隔水管内充满海水（或不利用隔水管），采纳海底泵和小直径管线旁路返回泥浆来降低隔水管环空内流体的密度使之与海水相当，降低海底环空周围的液柱静压力，有效操纵海底泥面下井眼环空压力、井底压力，更好地匹配地层压力和破裂压力之间狭小的间隙，实现平安钻进。

按泵类型和驱动动力可将海底泵分为三种：

海水驱动隔膜泵、电力驱动离心泵、电潜泵。

图3-3双梯度钻井方式分类

②无隔水管钻井

无隔水管DGD钻井技术要紧应用在深水环境中，一样用来钻深水上部井眼。

所利用的设备有：

水下旋转操纵设备（SSRCD）和远程操纵设备（ROV）。

远程操纵设备（ROV）又称水下机械人，能够通过调剂泥线上的节流阀来调剂回压。

若是ROV关闭了水下节流阀，那么井底压力（BHP）将增加。

这将致使钻井进程处于轻微过平稳状态。

若是利用海水钻进，那么返出的海水和岩屑就能够够直接排到海中。

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）,降低隔水管环空内返回流体的密度，使之与海水相当,依照注入流体的不同又分为：

注空心球、注气和注低密度流体3

种方式。

双密度钻井方式需要隔水管，无需利用海底泵，大大地减少海底装置的数量。

目前要紧研究的项目有：

隔水管气举（注气）方案（risergaslift）（见图3-4）和Maurer注空心玻璃球（HGS）方案（见图3-5）。

图3-4隔水管气举（注气）方案

图3-5Maurer注空心玻璃球系统[30]

（2）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）的结构如图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殊用途的新型钻井设备，其中地面设备与常规钻井设备一样（或通过升级改造），系统需要开发的关键设备和装置包括：

套管阀、钻柱阀、固相处置装置和钻井液举升装置，其中钻井液举升装置由旋转分流器、海底钻井液举升泵和柔性管组成。

在进行钻井作业时，钻井液通过钻杆、钻柱阀和钻头进入井眼环空。

在海底井口的一个海底旋转分流装置将井眼环空和隔水管环空分隔开，钻井液进入固相处置装置。

固相处置装置处置包括岩屑在内的所有直径大于40mm的固相颗粒，处置后的固相颗粒进入放置在海底的钻井液举升泵，钻井液举升泵通过单独的回流管线将钻井液和钻屑循环至海面进入钻井液循环池。

在该钻井方式中，充满海水的隔水管能够对钻柱进行导向或在紧急情形下备用，使得能够转换到常规钻井方式。

依照系统的硬件设备、水深、循环速度和其它意外情形，可利用多路回流管线和其它的设备。

SMD系统采纳井控程序HAZOP分析为系统提供平安保证，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井控小组编写所有钻井作业和井控程序，并对其进行评估、检查，开展井控实例HAZOP分析，并对其进行修改。

图3-6海底钻井液举升系统简化示用意

②Baker、Transocean的DeepVision双梯度钻井系统

DeepVision系统实现双梯度钻井的原理与SMD技术相似，不同点是DeepVision系统应用了持续管钻井技术，海底利用国民油井公司（NationalOilwell）制造的电动离心泵。

离心泵叶片粉碎岩屑、水泥、橡胶等，保证海底泵不被破坏。

依照水深和泵的扬程的需要，DeepVision系统能够安装3级泵，包括1~5个离心泵。

系统通过自动调剂离心泵的速度操纵井底压力。

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，采纳旋转操纵头将隔水管和井眼隔开，隔水管内充满海水，隔水管用于下放和回收海底设备和离心泵系统，和支撑动力和操纵管缆。

利用DeepVision研究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误差，而不是将泵组下入海底举升海底以上的整个钻井液柱。

该升级方案具有双梯度钻井的大部份优势，同时降低了系统的复杂性。

③Shell海底泵系统

图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SSPS采纳电潜泵，用6台串联水下电潜泵系统把钻井液回输到地面，所用的电潜泵为油田经常使用电潜泵。

系统同时包括水下固相处置装置，这套设备一方面将大的钻屑分离留在海底，另一方面，在钻井液进入海底电潜泵前破碎钻井液中外径大于6mm的钻屑，使返回海面的钻井液中岩屑含量少于1%，增加了系统的靠得住性。

④AGR海底RMR系统

挪威AGRSubsea公司开发的无隔水管钻井液回收系统采纳重的抑制性钻井液钻上部井眼，能够搜集裸眼层段的返