深水钻井简介

深水钻井简介中海石油(中国)有限公司2006.4.17中海石油(中国)有限公司2of85主要内容1.深水钻井的“水深”定义2.深水钻井的特点和挑战3.深水钻井的风险4.深水钻井工艺5.深水钻井的主要考虑6.南海深水勘探的进展中海石油(中国)有限公司3of851.深水的定义石油工业没有关于“深水”的预先定义。“深水”的定义随时间、区域和专业在不断变化。随着科技的进步和石油工业的发展，“深水”的定义也在不断发展。.中海石油(中国)有限公司4of851,500ft(450m)forProductionSubseaCompletionsFPS/FPSOsTLPsSpars3,500ft(1,070m)forDrillingSemisubmersiblesDrillShips6,000ft(1,800m)“UltraDeepwater”1.深水的定义的定义DefinitionfromABBVetcoGray中海石油(中国)有限公司5of851.深水的定义对于深水:有人说:180m500m1,000m但深度不是唯一的着眼点只要越过大陆架，典型的深水问题就会出现。FUGRO辉固的看法中海石油(中国)有限公司6of851.深水的定义Intheearly1990’sshelloffshoredefineddeepwaterasanythinggreaterthan1,500ft(450m)In1997Sedcodefineddeepwateras2,000ft(600m)forallareasexceptextremeenvironments(westofShetlands)inwhichcaseitis1,500ft(450m)In1998“offshoremagazine”defineddeepwateras3,500ft(1,065m)forthepurposeofclassifyingdeepwaterdrillingvessels1999“hart’sdeepwatertechnology”supplementsrefertodeepwateras1,300ft(400m)据2002年在巴西召开的世界石油大会报道，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m以内为常规水深，400m-1500m为深水，超过1500m为超深水。中海石油(中国)有限公司7of85水深Deepwater（DW）不稳定的海床UnstableSeaFloor低的破裂压力梯度LowFractureGradient气体水合物GasHydrates浅层水流ShallowWaterFlow（SWF）深水低温LowTemperature2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司8of85深水的影响InfluencesofDeepWater2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司9of852.深水钻井的特点和挑战不稳定的海床UnstableSeaFloor由于滑坡形成的快速沉积浊流沉积快速的沉积形成了厚、松软、高含水、未胶结的地层陆坡上松软的、未胶结的沉积物和不稳定的海床中海石油(中国)有限公司10of852.深水钻井的特点和挑战不稳定的海床UnstableSeaFloor中海石油(中国)有限公司11of85较低的破裂压力梯度LowerFractureGradient对于相同沉积厚度的地层来说，随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，容易发生井漏等复杂情况。右图为破裂压力梯度与水深的关系曲线。2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司12of85在深水钻井作业中，将套管鞋深度尽可能设置得深的努力往往由于孔隙压力梯度与破裂压力梯度之间狭小的作业窗口而放弃。结果，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。有的井甚至没有可用的套管而没有达到最终的钻井目的。2.深水钻井的特点和挑战较低的破裂压力梯度LowerFractureGradient中海石油(中国)有限公司13of85天然气水合物GasHydrates天然气水合物（NaturalGasHydrate，简称GasHydrate），又称笼形包合物（Clathrate），它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧，所以又称“可燃冰”。它可用M·nH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物（MethaneHydrate）。2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司14of85天然气水合物GasHydrates2.深水钻井的特点和挑战天然气水合物:冰状的气、水结合物到地面体积可膨胀70-100倍中海石油(中国)有限公司15of85天然气水合物GasHydrate自然界中气水合物的稳定性取决于温度、压力及气—水组分之间的相互关系，这些因素制约着气水合物仅分布于岩石圈的浅部，地表以下不超过～2000m的范围内，存在于永久冻结带上的地层以及大陆斜坡上的海底中。它可存在于零下，又可存在于零上温度环境。从所取得的岩心样品来看，气水合物可以以多种方式存在：①占据大的岩石粒间孔隙；②以球粒状散布于细粒岩石中；③以固体形式填充在裂缝中；④大块固态水合物伴随少量沉积物。2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司16of85天然气水合物GasHydrate水合物的分解一般可通过改变水合物所在条件，使气体从水合物中分离出来。对确定成分的天然气水合物，有三种方法可使水合物分解：在某温度下降压使其压力低于相平衡压力；在某压力下升温使其温度高于相平衡温度；通过加人甲醇、乙二醇或电解质（如氯化钠、氯化钙等）改变水合物相平衡条件。在海洋深水钻井作业中，由于同时存在低温、高压、水、天然气这些必要条件，很容易产生天然气水合物。在深水钻井作业过程中，气侵钻井液在一定的温度和压力条件下可能会生成水合物，从而会堵塞BOP管线、隔水管和水下井口头等，给井控带来风险。用没有抑制效果的水基钻井液进行深水钻进时，在井筒中可能发生气涌而导致深水井的关闭。2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司17of85天然气水合物GasHydrates水合物在地震剖面上的典型特征——BSR与海底平行、与沉积层层面斜交高振幅、强反射、反极性有时其上方存在弱振幅带没有BSR不一定没有水合物BSR(BottomSimulatingReflector)Highamplitudereflection:betweenhighvelocitygashydrate-chargedsedimentsabove,low-velocityfreegas-chargedsedimentsbelow.Mirror/simulatetheseabed:depthofBSRisdeterminebythephaseboundary,stabilisationzone(pressure,seafloortemperature&geothermal).Tendstocutacrossnormalsub-seabedsedimentreflections.NOTALWAYSACCOMPANIEDBYBSR!!2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司18of85天然气水合物GasHydrates图中蓝色框大致范围为东经114°～116°，北纬19°～20.5°,也就是白云凹陷所在区域；图中灰色小方格区为BSR分布区；BSR分布深度大体在海底以下200ms～700ms（双程反射时间），约140m～693m。中德两国的科学家在2004年6月份的一项科学考察活动中发现中国南海确实存在天然气水合物。此次中德科学家的合作项目是从６月２日开始的，科学家们乘坐“太阳号”科考船，在南海上展开了为期４２天的勘测考察。ThereareHydratesinBaiyunDWArea.2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司19of85浅层水流ShallowWaterFlow2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司20of85浅层水流钻井过程中发生浅层水流可能使井壁坍塌，最终导致井控问题。固井过程中发生浅层水流可能使固井作业失败。固井后发生浅层水流，地层浅层水从导管外流向海底，这种浅层水的流动可能是导管失去支撑而下沉，井口失稳。2.深水钻井的特点和挑战浅层水流ShallowWaterFlow中海石油(中国)有限公司21of85浅层水流的成因可分为以下四个方面：1)人为引起的地层破裂；2)人为引起的地层能量积累；3)异常压力砂体；4)通过固井窜槽传递的异常压力。2.深水钻井的特点和挑战浅层水流ShallowWaterFlow中海石油(中国)有限公司22of85低温LowTemperatures海床温度较低，并随水深增加而降低。海面以下水深与温度的关系051015202505001000150020002500水深m温度℃WaterDepth2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司23of85低温LowTemperatures2.深水钻井的特点和挑战中海石油(中国)有限公司24of85低温LowTemperatures海床以上温度随深度下降；海床以下温度随深度上升。2.深水钻井的特点和挑战SeawaterTemp.SeabedFormationTemp.Temp.Depth中海石油(中国)有限公司25of851、浅层水流ShallowWaterFlow2、天然气水合物GasHydrate3、浅层气ShallowGas4、滑坡（泥石流）Landslide（MudFlow）5、井控WellControl6、井漏WellLosses3.深水钻井风险中海石油(中国)有限公司26of85浅层水流ShallowWaterFlow浅层高压水层，一般深度为泥线到泥线下800米。由于表层钻进所使用的钻井液密度的限制，一旦钻遇高压水层，如果液柱压力不能平衡水层压力，就会发生浅层水流。如果处理不好，会引发一系列的钻井问题，例如固井质量问题、表层套管损坏/下沉、BOP下沉、井漏等，甚至要移位重新开眼。3.深水钻井风险中海石油(中国)有限公司27of85所有的深水区域都可能发生浅层水流.在墨西哥湾，水深大于150m后就可能存在浅层水流.在墨西哥湾浅层水流一般发生在泥线以下145m~1,200m.如果不控制，浅层水流的影响一般会越来越大.浅层水流是目前深水钻上部井眼遇到的最耗费用的地质灾害.因为浅层水流无法控制，一些井不得不放弃.钻机会耽误几个月时间，将耗费成百上千万美元浅层水流ShallowWaterFlow3.深水钻井风险中海石油(中国)有限公司28of85天然气水合物GasHydrate在深水钻井作业中，水合物是一种潜在的严重危害。首先水合物生成时结冰堵塞作用，其次是水合物气化时生成大量的气体，最后还要考虑生成或气化过程的热效应。水合物特别对井控的影响最大：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，卡钻；4)井控时无法关闭防喷器；5)防喷器关闭后无法打开；6)引起井控事故。3.深水钻井风险中海石油(中国)有限公司29of85天然气水合物GasHydrate3.深水钻井风险Figure(above):Alargegashydrateplugformedinasubseahydrocarbonpipeline.PicturefromPetrobras(Brazil).Figure(below):Potentialscenariowherebydissoci