深水钻井技术简介(981性能及深水钻井风险)

1钻完井部深水项目组2020年3月11日星期三深水钻井技术简介汇报人：刘和兴2海洋石油981现场作业3海洋石油981现场作业441、在成熟船型的基础上做了为南中国海作业的适应性升级；2、具备3000米水深作业能力以及DP3和锚泊系统两套独立的定位方式；3、先进的自动化设备。海洋石油981是一艘第六代深水半潜式钻井平台，具有如下特点：平台简介51.基本性能最大作业水深：3050米最大钻井深度：10000米可变载荷：9000吨钻机提升能力：906吨设计抗风能力：108节平台类型：深水半潜式设计单位：Friede&Goldman,Ltd.船籍国：中国船级社：ABS&CCS开建年月：2008年4月建造厂：上海外高桥造船有限公司平台简介66总长:114.07米总宽:78.68米总高：112.30米浮箱长:114.07米浮箱宽:20.12米浮箱高:8.54米拖航吃水:8.2米生存吃水：16米作业吃水：19米作业气隙:11米2.船体基本参数平台简介773.作业环境条件•风速（1分钟平均）：45节•有效波高：6米•流速（表面）：1.8节钻井作业工况作业条件正常作业条件：平台漂移≤5％（2o－4o）限制作业条件：平台漂移5％～10％（4o－6o）隔水管解脱：平台漂移大于10％（6o－9o）•风速（1分钟平均）：50节•有效波高：6米•流速（表面）：2节隔水管连接工况平台简介884.存储能力泥浆和其它钻井液上船体泥浆池1020m3立柱及浮箱备用泥浆池2008m3浮箱基油舱760m3浮箱盐水舱720m3钻井水2500m3沉砂池80m3吹灰材料水泥350m3般土和重晶石553m3浮箱其它液舱燃油舱4603m3淡水舱1391m3污水舱20m3压载舱18900m3平台简介95.主要设备Maindieselengine:WartsilaType12V32,5760KWThruster:EightWartsila4600KW，0-600RPM动力系统：8台主发电机组（每台5530KW），能够提供强劲的动力，提高了平台对作业环境的适应能力和满足高负荷钻井作业对动力的需求；推进系统：8台推进器（每台4600kW），动力定位系统反应速度快，可提供更大的抗风能力；配备精确可靠的定位系统。平台简介1010数量：4台型号：AKERPusnes/Electric每台配3台绞车锚链数量：12条型号：R5长度：每条1750米直径84mm锚头型号：StevprisMk6重量：15MT数量：12个锚泊系统可在500—1500米甚至更深的海域采取抛锚的作业方式，能大大节省燃油；在台风季节能从容防台、减少因防台而耽搁的作业时间，能大幅度降低防台的作业风险和作业成本。平台简介11电子司钻中控室海洋石油981电子司钻可三人同时操作，实现钻具组合的离线功能，不占用井口时间，大大提高作业效率平台简介12主要内容深水钻井主要风险背景概述深水钻井特点深水钻井工艺技术阶段成果13131.1深水的概念：陆岸导管架自升式半潜式浮式生产系统FPSO张力腿平台动力定位钻井船1、背景概述•常规水深：≤500m•深水：500m~1500m•超深水：＞1500m14a.深水海域已成为全球油气资源的重要接替区。近年在全球获得的重大勘探发现中，有50％来自海洋，主要是深水海域。1、背景概述1.2为什么要开发深水油气：15b.国内的深水主要集中在南海，石油蕴藏量约在230亿至300亿吨之间，天然气蕴藏量约16万亿立方米，占中国油气总资源量的三分之一，其中70%蕴藏于153.7万平方公里的深海区域。1、背景概述1.2为什么要开发深水油气：16c.随着经济的发展，中国油气对外依存度不断提高，叩开深水油气资源的“大门”，成为立足国内寻求油气资源的重要战略选择。1、背景概述1.2为什么要开发深水油气：17自上世纪90年代以来，全球深水区块不断被发现和开发，近年来深水勘探开发的势头更是愈发强劲：动力--更多的能源需求；条件--油价高，效益好；原因--勘探程度低；支撑--技术发展。1.3世界深水勘探开发的现状1、背景概述（500～1500m为深水，大于1500m为超深水）181.4中国石油工业的未来—海洋石油，从浅水走向深水国内的深水油气蕴藏量：石油230亿至300亿吨，天然气约16万亿立方米。占中国油气总资源量的1/3，其中70%蕴藏于深海区域。国家层面—南海战略。胡锦涛主席在中国科学院第十六次院士大会、中国工程院第十一次院士大会上：“发展海洋战略高技术，开发深海。”海洋石油—二次跨越。王宜林董事长在中海油勘探技术座谈会上：“要不断提高对于深水领域地质条件和油藏规律的认识，努力使深水成为未来10年公司油气生产的主战场。”南海西部—挺进深水。谢玉洪总经理在2012年工作会议上：分公司“十二五”期间的三大重点工作：“天然气勘探、低品位油气藏开发、深水勘探”。1、背景概述19191、背景概述北礁凸起东部披覆背斜构造带（自营）万宁7-1、14-1等中央峡谷岩性-构造圈闭带陵水22-1、23-2等宝岛凹陷南部断阶带（自营）永乐3-1等长昌凹陷中央背斜构造带长昌33-1、万宁3-1等松南低凸起-北礁凸起北部披覆背斜构造带永乐7-1等陵南低凸起西北部披覆背斜构造带陵水26-2、32-2等北礁凹陷北部反向断阶构造带陵水30-1等2号断层下降盘岩性-构造圈闭带（自营）陵水19-1等•南海北部：深水区面积约52000km2，覆盖琼东南盆地南部和珠江口盆地西部；•中央坳陷带六大凹陷：乐东/陵水/松南/宝岛/长昌/北礁；•南海中南部：更广阔的海域在等待勘探开发！1.5湛江分公司的勘探开发潜力：20主要内容深水钻井主要风险背景概述深水钻井特点深水钻井工艺技术阶段成果212.1深水钻井的环境特点：水深随着水深增加，要求钻井装置及设备能力更高，所需仓储空间大，作业时间增加。海底低温随着水深增加，环境温度会降低，海底温度低，井底温度高，同时海水的冷却作用对钻井液性能、固井水泥浆性能等专业要求较高。风/浪/流等风、浪、流等环境条件对钻井装置的选择及钻井作业有重要影响，如定位系统、隔水管系统；作业前期要对钻井装置及设备能力进行校核，综合评估。长隔水管重负荷大型设备深水恶劣的作业环境高的可靠性要求昂贵的起下费用地质因素☻孔隙破裂压力窗口☻浅层流☻深井☻浅层气☻疏松表层新的钻井设备新的钻井工艺2、深水钻井特点222.2深水钻井的地质特点：海床不稳定海床的不稳定和大的坡度使海底极易形成滑坡和泥石流，滑坡快速沉积形成较厚、松软、高含水未胶结的地层，对导管下入和水下井口设计及施工提出挑战。浅层水流动天然气水合物一般情况，相同沉积厚度的地层，随着水深的增加，地层破裂压力梯度降低，钻井液比重窗口窄，极易发生井漏及井涌等复杂情况。是表层钻井中最主要的地质灾害，会引发一系列的钻井问题（固井、套管下沉、井口失稳、井的报废），钻前应对浅层水流存在的可能性进行评估；钻遇水合物地层时，造成水合物分解，导致扩径、井塌、井喷等事故，另外钻进过程中，井筒中具备水合物形成条件，容易堵塞循环通道及BOP等。压力窗口窄2、深水钻井特点23大型化：可变载荷、平台尺度、储存能力均趋向于大型化；配套设备先进：自动化、信息化、智能化、大功率更加安全环保等；隔水管更长：所需的甲板空间、可变载荷越来越大，钻井液用量大；定位成本高：动力定位耗大量的燃油，锚链定位需大马力的工作船，增加成本。应急响应：水下设备作业时间长，对应应急响应时间要求更为苛刻；钻井效率：自动化、信息化、智能化引起作业方式的变化，钻井效率更高；表层导管：深水表层导管一般采用喷射法下入，钻入法作为应急预案；固井水泥浆体系：表层固井一般要满足低温早强要求；钻井液体系：适应低温及井温较大的温差环境，同时考虑抑制水合物。2.3深水钻井装置特点：2.4深水钻井作业方式特点：2、深水钻井特点24世界范围内作业标准不统一。国内相应的深水程序、标准及规章制度正在编写中；合作公司的应急管理（BG)：深水探井钻井工程设计指南（海油2011)：2.4程序及规章制度不完善三深水特点25主要内容深水钻井主要风险背景概述深水钻井特点深水钻井工艺技术阶段成果263、深水钻井主要风险3.1深水钻井主要风险之一：浅层水流•人为引起的地层破裂•浅层异常高压水层，一般为泥线至泥线以下800m•通过固井窜槽传递的异常压力成因：危害：表层固井质量问题、表层套管损坏/下沉、井口及BOP下沉、井漏等，严重时甚至要报废井眼移位重新开眼。273.2深水钻井主要风险之二：浅层气•埋深浅，难以预测，常为突发性•反应时间短•地层薄弱，易塌易漏，处理手段有限•一旦上窜至隔水管内，快速膨胀，危害极大特点：危害：在油气钻探史上，浅层气已经造成一些非常严重的事故，例如井喷、火灾、沉船等。根据资料统计表明，深水的浅层气通常压力都较高，一旦发生浅层气井喷，气体呈漏斗状向上快速膨胀、扩散，影响的范围较大，后果同样严重。3、深水钻井主要风险283.3深水钻井主要风险之三：天然气水合物•水合物生成时结冰堵塞管线•水合物气化时生成大量的气体•生成或气化过程伴随着热效应特点：危害：水合物对井控的影响最大，体现在：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4)井控时无法关闭/打开防喷器3、深水钻井主要风险293.4深水钻井主要风险之四：海床不稳定越过大陆架后，在陆坡处水深陡然增加，海床的不稳定和大的坡度都促使海底极易形成滑坡和泥石流，滑坡快速沉积形成较厚、松软、高含水且未胶结的地层，对表层导管和水下井口系统的设计和施工影响很大。3、深水钻井主要风险3.5深水钻井主要风险之五：破裂压力梯度低•作业窗口窄—套管层数多•破裂压力梯度低—泥浆比重控制精细•极易发生井漏—防止憋泵憋漏地层303.6深水钻井主要风险之六：井漏深水钻井中，因为地层孔隙压力与地层破裂压力之间的窗口很小，若钻井液比重、工程操作、套管层次及下深不当，发生井漏的机率非常高。特点：危害：•钻井液损失，进而引发井涌或井喷•卡钻，井眼垮塌•导致提前下套管，增加套管层次等等3、深水钻井主要风险313.7深水钻井主要风险之七：井控风险由于水深，隔水管及阻流压井管线长，地层孔隙及破裂压力窗口窄，深水井控与浅水井控相比的主要困难有：井控难点：•低温生成水合物堵塞防喷器及控制管线•套管鞋承压低，压力窗口窄•地层呼吸效应导致难以判断井下情况•阻流管线长，摩阻（CLF）大•圈闭气处理复杂•上窜至隔水管内的气体难以控制，碰撞快，危险性高3、深水钻井主要风险32主要内容深水钻井主要风险背景概述深水钻井特点深水钻井工艺技术阶段成果331）浅层气ShallowGas2）浅层水流SWF3）天然气水合物4）海底滑坡5）固井作业质量保证4.1、表层建井工艺挑战表层建井工艺挑战为：☻井场地质调查，进行浅层地质灾害分析及评估☻无隔水管钻可疑浅层气/水流地层（同时使用MWD/LWD）☻DKD（DynamickillDrilling）动态压井技术☻PWD（PressurewhileDrilling）随钻压力监测☻表层喷射钻进下入表层导管及DAT（DrillAheadTool）☻表层固井工艺表层建井关键工艺及措施：344.1.1浅层地质灾害分析，井场地质调查为海上深水勘探、开发平台提供作业海区水文环境、工程物探和工程地质基础资料。调查目的4.1、表层建井工艺深水井场调查特殊性水深对海底调查的影响：一方面钻井装置类型的不同决定井场调查的内容；另一方面水深影响到井场调查的方式和使用工具的分辨率。常规浅水调查局限性局限性：拖带设备的拖深控制和定位在深水中存在较多的问题，精度受影响。船载的设备由于长的传输距离，信号丢失较多，虚假信息较多，解释结果不可靠。常规浅水大部分采用拖带和船载的方式深水井场调查特点目前深水常用水下自航测量设备（AUV：AutonomousUnderwaterVehicle）作为调查工具的载体。35AUV—通讯鱼4.1、表层建井工艺工作水深航速调查距离长度直径电池净重3000m4节3