海上钻井工艺技术课件.ppt

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1、第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.1 海上钻井井口装置,海上钻井平台的分类,桩基式平台,固定式,重力式平台,张力式平台,绷绳塔式平台,自升式钻井平台,海洋钻井平台,底撑式平台,坐底式平台,移动式,浮式钻井船,浮动式平台,半潜式平台,1.1 海上钻井井口装置,海上钻井平台的分类,钻井船,自升式平台,固定式平台,陆地钻机,半潜式平台,1.1 海上钻井井口装置,海上井口分类水上井口：防喷器在水面以上，适用于固定式平台、底撑式平台；水下井口：防喷器在水面以下

2、，适用于浮动平台。,陆上钻井井口,浮动平台井口,自升平台井口,1.1 海上钻井井口装置,水上井口装置固定式平台比陆上平台井口多了两样：固定平台有隔水管，陆上没有；固定平台一般有泥线支撑器，这样可以将套管的重量交给泥线支撑器承受。,陆上钻井井口,自升式平台,1.1 海上钻井井口装置,水上井口装置自升式与固定式平台的井口的区别：自升式的套管只下到泥线悬挂器，泥线悬挂器以上没有套管。因为完井后，平台要撤走，泥线悬挂器以上也要撤走。采油时可将各层套管回接到采油平台上。固定式平台则用泥线支撑器。套管重量由泥线支撑器承担，但套管长度仍然要延长到平台上。,1.1 海上钻井井口装置,水上井口装置泥线支撑器固定

3、平台的井口有两种：无泥线支撑器的：水深比较浅时可以不要；有泥线支撑器的。泥线支撑器的作用是将各层套管的重量支撑在 泥线上，这样可减轻平台负担。泥线支撑器以上的套管在下入时就与支撑器螺纹连接。以后也不卸掉，也不存在回接问题。,1.1 海上钻井井口装置,水上井口装置泥线悬挂器一种是需要回接的泥线悬挂器，用于底撑式平台钻井。在悬挂器上有不同的两个螺纹：送入螺纹和回接螺纹。有专用的送入工具和回接工具。钻杆带下送工具，将套管下入并座挂；注完水泥后，将下送工具起出。在上了采油平台后，再进行回接。一种是不需要回接的泥线悬挂器，用于浮动平台钻井。在固完水泥后，倒出送入工具。再下入密封部分。,1.1 海上钻井井

4、口装置,水上井口装置泥线支撑器和泥线悬挂器的区别：泥线支撑器用于固定式钻井平台，泥线悬挂器用于移动式钻井平台；泥线支撑器的套管挂之间仅存在悬挂关系，即内层套管悬挂于外层套管的座环上，两层套管之间的密封在在平台上的套管头处；而泥线悬挂器的套管挂之间不仅存在悬挂关系，而且两层套管的密封也在悬挂器处。,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置组成结构导引系统：作用：井口基点；引导井口装置其他部分的安装、连接和拆卸；引导钻具准确入井；包括：井口盘，导引架，导引绳及其张紧系统；防喷器系统：作用：井眼压力控制；核心包括：万能防喷器，闸板防喷器，剪切防喷器，四通及放喷压井管线；防喷器井下控制系统；隔水管系统：

5、作用：隔离海水；形成泥浆循环通道；包括：隔水管；伸缩隔水管；挠曲接头及球接头；张紧绳及张紧系统；快速连接器：快速连接和拆卸上述三部分。,球接头,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置导引系统井口盘用水泥浇铸成钢骨水泥结构；送入井口盘应该有临时导引绳；用临时导引绳将导引架及导管送入并座位；导引架有永久导引绳，然后割断临时导引绳；导引绳需有张紧装置。,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置防喷器系统在地面上组装成为一个整体。利用导引绳整体下入，并通过快速连接器与导引系统连接。防喷器控制系统：液液控制系统；电液控制系统；气动控制系统；闸板防喷器原理：半封式；全封式万能防喷器：可封闭钻铤，钻杆，套管，

6、电缆，钢丝绳，甚至全封；作用原理：活塞上行，挤压橡胶“南瓜芯子”，改变封闭尺寸。封闭尺寸：2800 。 。,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置隔水管系统伸缩隔水管由内管和外管组成。伸缩距，要根据浪高和潮差决定。隔水管单根。,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置隔水管系统隔水管连接：弹性开口钢圈，在连接时会自动张开。卸开时需要用螺钉从外向里顶。“O”形密封圈。,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置隔水管系统隔水管连接作业,1.1 海上钻井井口装置,水下井口装置液压快速连接器用途：快速连接或脱开防喷器与隔水管的连接，防喷器与导向系统的连接。液压推动：活塞向上，则脱开；活塞向下，则连接。,第

7、一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.2 海上套管程序,海上套管程序的系列化由于井口装置的防喷器体积很大，一般一个平台只搞一套防喷器组。每个钻井平台根据自己的特点，选定一套适应防喷器组的套管程序，以后就基本上不再改变。海上石油工程的国际合作很紧密，往往采用较统一的套管系列。,1.2 海上套管程序,导管井段的施工固定、底撑式平台桩入法用打桩机将导管打入海底泥线以下一定深度。主要是起隔水管的作用；适应水深较浅。主要用于固定平台。钻入法先用钻柱带钻头钻进，钻出井

8、眼；起钻后下导管到预定井深；用钻杆插入法进行固井；适用于水深较深海域；,固定、底撑式平台的导管就可以起到隔水管的作用。,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（常规法）第一步：送下井口盘。用钻柱带伸缩钻杆，带送入工具。送到海底后，钻柱正转，即可脱开送入工具。井口盘上带临时导引绳。起钻。,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（常规法）第二步：钻孔。依靠临时导引绳下钻，使钻头准确进入井口盘；钻柱上带伸缩钻杆；用海水“有进无出”法钻出36“的井眼；钻完后立即用高粘度泥浆替入。防止海水浸泡井眼垮塌。起钻。,导向臂,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（常规法）第三步：下导管

9、，注水泥导管导引架（带永久导引绳）送入接头伸缩钻杆钻杆；依靠临时导引绳引导导管准确进入井眼；当导向架坐在井口盘上时，即可注水泥固井；水泥浆从管串内注入，泥浆返至海底；倒开送入接头，循环冲洗井口，起钻候凝；,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（常规法）第四步：安装隔水管系统隔水管系统：隔水管弯曲接头（球接头或挠性接头）伸缩隔水管防喷头喇叭口；利用永久导向绳导引下入；利用快速连接器，与导管头准确快速连接。,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（喷射法）第一步：常规法中前三步合为一步将导管下入海中；将导引架固定在导管头上；从导管内下钻；钻柱：钻头钻铤带扶正器送入接头伸缩钻杆钻杆

10、；下钻到海底；喷射钻进；停钻；注水泥浆；泥浆和多余的水泥浆从导管头处返至海底；正转钻柱，倒开送入接头；上提钻柱并循环冲洗导管头处；起钻，侯凝；,1.2 海上套管程序,导管井段的施工浮动式平台（喷射法）第二步安装隔水管系统：隔水管弯曲接头（球接头或挠性接头）伸缩隔水管防喷头喇叭口；依靠永久导引绳下入；依靠快速连接器，准确快速地与导管头连接；此法可以省去井口盘。,1.2 海上套管程序,表层套管井段的施工浮动式平台第一步：钻出表层井眼钻具结构：26“ 钻头钻铤伸缩钻杆钻杆依靠隔水管系统下钻；可能的话，用海水钻进；必要时可用泥浆钻进；钻完表层井眼后，向井内打入泥浆；起钻时注意防止抽吸；特别注意是否有气

11、侵现象（可通过水下电视观察）；,1.2 海上套管程序,表层套管井段的施工浮动式平台第二步：表层套管固井依靠隔水管系统下入套管；套管内部应事先装好水下释放法固井的胶塞；套管下完后，接上送入接头，再接伸缩钻杆，再接钻杆；下钻，直到套管头坐在导管头上（泥线悬挂器部分）；下表套过程中很容易卡套管。要注意下钻时一次接一个单根，万一遇卡可接上方钻杆冲洗循环；进行水下释放法注水泥固井；起钻候凝；,1.2 海上套管程序,表层套管井段的施工浮动式平台第三步：装防喷器拆卸原30“的隔水管系统；下入163/4” 20”防喷器组；再下入相应隔水管系统。,1.2 海上套管程序,以后各层套管井段的施工浮动式平台一种方法是

12、：20“和133/8“两套防喷器，先用20“防喷器，在下完133/8”套管后再更换用133/8“防喷器。此法需要有两套防喷器组，再往下，95/8”套管井段和7”套管井段，井口装置不再有问题。但若井眼再小（6“）要换小钻杆时，还需更换防喷器。这样，平台上要备三套防喷器。还有一种方法是：163/4和6“两套防喷器，用163/4“防喷器，则171/2“钻头下不去，需要用“可张钻头 ”；再往下，95/8“套管井段和7”套管井段，井口装置不再有问题。但若井眼再小（6“），用小钻杆时，则更换6”防喷器。,1.2 海上套管程序,以后各层套管井段的施工浮动式平台,第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口

13、装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.3 海上井控技术,海上地层破裂压力特点 海上钻井中，容易发生地层破裂而井漏，导致井内压力下降而井喷。,地层破裂压力Gf 以常用的Eaton 公式表示：在陆上：在海上：Po上覆地层压力； Pp地层孔隙压力； 岩石泊松比。,1.3 海上井控技术,海上井控特点海上发生井喷的潜在危险比陆上钻井要大：地层破裂压力小，易压漏地层而发生井漏并导致井喷；海底地层中往往存在浅气层，容易发生井喷；钻浅气层(表层套管井段)时，井口装置简易，还没有防喷器。,1.3 海上井控技术,海上井

14、控特点海上发生井喷的后果比陆上要严重得多：井喷的气体混在海水中，会使海水密度大大减小，浮力大大下降，导致平台倾翻；井喷着火后，整个平台将烧掉并翻沉；将造成重大海难事故。井喷后，油气水及井内泥浆，将喷入大海中，造成严重海洋污染。对油层的损害；造成巨大的资金损失。,1.3 海上井控技术,防喷器组万能防喷器：两个，可以抱紧任何尺寸的管柱，甚至全封。双联半封防喷器：两组每组由两个防喷器上下重叠组成。两个防喷器同时动作。因为可能碰到接头，所以两个同时动作可起到保险作用。必要时，在发生溢流、井喷的情况下，两组防喷器可强行起钻。全封防喷器：一个，可在井内没有钻柱的情况下封井。剪切全封防喷器：一个在井内有钻柱

15、时出现井喷，流体从钻柱内喷出时，可用剪切防喷器将钻杆挤扁，封住内孔。在发生风暴的特殊时刻，平台要迅速撤离，可用剪切防喷器将钻杆剪断。,1.3 海上井控技术,防喷器组万能防喷器：两个双联半封防喷器：两组全封防喷器：一个剪切全封防喷器：一个,1.3 海上井控技术,海上井喷事故的处理应急措施防止着火：停止所有发动机，切断和隔离所有可燃物品；组织各方人员进行抢险，尽快制止井喷；若着火，要保护人员安全，有序撤离，并组织灭火。,1.3 海上井控技术,海上井喷事故的处理灭火技术：最有效的是爆炸灭火。设法将炸药包用钢丝绳输送到火焰的上部，利用爆炸时大量消耗氧气，并产生的局部真空，消除燃烧条件而灭火。潜水员水下

16、灭火。潜水员在水下套管上开孔并引出管线，将流体有控制的引出并燃烧，逐渐减小喷出。救援井技术。通过救援井注入重泥浆，进行压井。或引流。,1.3 海上井控技术,海上井喷事故的处理灭火技术救援井技术,轨迹形状：三段式或四段式；考虑风向。事故井轨迹的数据齐全否？距离近则直接压裂；距离远可用定向射孔或井底爆炸，进行连通。,1.3 海上井控技术,浅层气问题浅气层的存在，是海上钻井的一个重要特点。这是与海底沉积有关。钻进浅气层时，往往是简易井口装置，没有防喷器系统，所以井喷难以控制。钻进浅气层时若发生井喷，很可能使海水气化，密度降低，浮力下降，使平台倾翻。对付的方法：在井口装置的最顶端(伸缩隔水管顶端) 装

17、一个转喷器。上返的泥浆从侧口引出；引出的泥浆可以将气体分离并燃烧，而泥浆被除砂。,第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.4 海上固井技术,陆上固井工艺,1.4 海上固井技术,海上固井存在的问题泥线悬挂器以上直至平台都在海水中，一般没有套管，是用钻杆送入，这样就不具备陆上固井方法所需的条件；钻杆将套管送入到预定位置后，注水泥时，如何将胶塞释放？胶塞直径与套管内径相等。胶塞直径总是大于钻杆内径。不可能通过钻杆释放胶塞。解决方法管内插入法：适用于浅层大尺寸套管

18、水下释放法：适用于深层小尺寸套管,1.4 海上固井技术,管内插入法由于导管和表层套管直径较大，一般采用插入法。(固定或底撑式平台导管用打桩法则不固井)过程：套管用钻杆送到预定位置后 通过钻杆注水泥浆 将送入接头倒开，上提钻柱到海底高度 循环泥浆冲走多余的水泥浆 起出钻杆后在套管头上安装防喷器系统（固导管时无）和隔水管系统。插入法固井不存在碰压。,1.4 海上固井技术,水下释放法套管下入过程先将预定长度套管下完，接上 套管头，坐在转盘上；将复合胶塞与送入工具连接，再将送入工具的螺纹与套管头旋接；送入工具上面接钻柱；继续接长钻柱，下钻使套管头坐在海底的上层套管内的斜坡上；钻柱坐在井口，上接水泥头；

19、循环泥浆，准备固井。,1.4 海上固井技术,水下释放法固井工艺过程循环泥浆，清洗井眼；释放橡胶球(球的直径与钻杆内径相当)，注水泥浆，推着球向下行走；,b,a,1.4 海上固井技术,水下释放法固井工艺过程橡胶球堵死心管，压力上升，剪断销钉，下胶塞下行；下胶塞与承托环相碰，中心管上升，露出孔眼；水泥浆从孔眼中进入承托环以下，并返至套管外面,c,d,1.4 海上固井技术,水下释放法固井工艺过程直到水泥浆注完后，释放撞击塞，然后替入泥浆；,e,1.4 海上固井技术,水下释放法固井工艺过程撞击塞下行，堵住循环通道，压力上升，剪断上塞销钉，上塞下行，推动水泥浆继续返至环形空间；上塞继续下行，最终与下塞相

20、碰，实现碰压.,f,g,第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.5 海上钻井液技术,海上钻井液类型海水钻井液海上钻井中，海水是取之不尽用之不竭的，而淡水却是非常宝贵的。所以，一般情况下使用海水作为钻井液的分散介质。海水取样：不同海域海水的组分不同，所以应在井位附近的海域取样，化验，作配浆和处理实验。不得用盐水代替海水进行实验。配浆所需要的粘土，应该是能够抗盐的粘土，或是经过改性处理的粘土。用于海水泥浆的处理剂，应该是经过实验能在海水中起作用的处理剂。,1.

21、5 海上钻井液技术,海上钻井液类型低毒油包水乳化泥浆在某些地层不适合用海水泥浆（页岩水化垮塌，压差卡钻，井温很高，地层水污染，等），或保护油层需要，或高难度井减小摩阻需要，应该采用低毒油包水乳化泥浆。在海上出于环保要求，不允许使用陆上钻井常用的柴油作为油基泥浆的连续相。因为柴油中含有大量（3050%）可导致海洋生物死亡的芳烃。低毒油包水乳化泥浆的基油，一般采用的是经过精制的矿物油，俗称白油。为了适应泥浆的需要，还要对白油的粘度、密度，闪点等进行筛选。添加剂也要经过严格实验，最后选定。钻井液配置后，须按有关规定，作毒性试验。,1.5 海上钻井液技术,深海条件下的钻井液低温对泥浆性能的影响：深海条

22、件下，海底温度很低（10C）。低温使进入泥浆中的气体发生霜冻，生成霜冻化合物，使泥浆严重胶凝，中断循环；最终导致波动压力增高，把地层压裂而出现井漏。解决办法：研究和应用可防止霜冻的泥浆；尽可能保持循环，不要停止循环。固相控制问题：低温使泥浆粘度增高，流动性降低，岩屑清除困难；加强泥浆管理和性能测试；增强固控设备的能力；,第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.6 海上完井和测试,海上井口完成方法海上油井的井底完成法与陆上油井相同。井口完成法有区别。井口完成

23、法有两种：水面完井法：采油树在水面以上的平台上。优点：安装、操作、管理、拆换等作业较方便；技术难度小；与陆上差不多。缺点：要有采油平台和井口保温措施；设备腐蚀严重；妨碍水面交通。水下完井法：采油树在水面以下的海底。优点：不需建采油平台；水下自然保温；不妨碍水面交通和捕捞作业；缺点：安装、操作、管理、拆换等作业难度大；修井难度大；装置复杂。,1.6 海上完井和测试,井口完成方法的选择固定平台钻井，以后钻井平台转为采油平台，所以都使用水面完井法；移动式平台打的探井，如果发现有油，早期只能先报废，然后再上固定平台，打生产井。井口需要封死。后期有了重导技术和水下完井技术，探井也可以进行开采。可根据采油

24、方法，选择井口完成方法。采用水面完井法：海底井口用可回接的泥线悬挂器完成，以后回接到固定式采油平台上；或用软管回接到浮式采油平台上。水下完井法：必须采用水下采油法。,1.6 海上完井和测试,海上油井测试的特点固定平台和底撑平台与陆上钻井相同；浮动平台的测试工具有特点：用钻杆送入后，坐在海底井口上；而不是悬吊在浮动平台上。测试中，是依靠改变环空的泵压，而不是依靠钻柱的提升和下放，控制主控阀的开关。,1.6 海上完井和测试,测试油气的处理海上环境保护的要求：油气不能落入海中；必须100%地燃烧；,1.6 海上完井和测试,测试油气的处理海上安全的要求：巨大的燃烧器（一天可燃烧2000方原油）：将井内

25、出来的油气，经过与空气混合，从燃烧器喷出，形成雾化并燃烧；防止燃烧热向周围辐射，有一套喷水系统，形成一个水雾屏蔽，将热隔离在一个水雾筒内；为了助燃和控制燃烧方向，有一个巨大的风扇吹风。足够长的燃烧臂，伸出平台以外很远；考虑风向变化，一个平台上要有两套相反方向的燃烧臂；,1.6 海上完井和测试,测试油气的处理,第一章 海上钻井工艺技术,1.1 海上钻井井口装置1.2 海上套管程序1.3 海上井控技术1.4 海上固井技术1.5 海上泥浆技术1.6 海上完井与测试1.7 双梯度钻井介绍,1.7 双梯度钻井介绍,双梯度钻井的原理双梯度钻井是一种控制压力钻井技术,其主要思想是:隔水管内充满海水(或不使用

26、隔水管) ,采用海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井液；或在隔水管中注入低密度介质(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；在整个钻井液返回回路中保持双密度钻井液体系，有效控制井眼环空压力、井底压力，克服深水钻井中遇到的问题，实现安全、经济的钻井。,泥浆密度可调范围变小；隔水导管中的泥浆柱重量(即隔水管余量)很大隔水管的环空携岩困难,1.7 双梯度钻井介绍,常规钻井和双梯度钻井钻井液静水压力曲线对比,1.7 双梯度钻井介绍,双梯度钻井的优点及存在的问题优点增加钻井液密度的可调范围，减少套管层数，节省了套管及下套管的时间和固井时间，从而缩短了建井周期，节约了

27、钻井成本,1.7 双梯度钻井介绍,降低了环空流动摩阻，同时也解决了泥浆在隔水导管内返速过低和岩屑携带方面的问题等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平台紧急撤离时更为安全，出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；可减少泥浆的用量，使成本降低从理论上讲，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,1.7 双梯度钻井介绍,存在的问题相关技术不成熟，会带来一定的作业风险检测和处理井涌会有一些困难，会出现井控等安全方面的问题,1.7 双梯度钻井介绍,双梯度钻井的实现方法不同实现方法的分类,1.7 双梯度钻井介绍,海底钻井液举升钻井,主要有：SMD (Subsea Mudlift Drilling) 海底钻井液举升系统DeepVision海底泵系统SSPS (Subsea Pumping System) 海底泵系统,1.7 双梯度钻井介绍,双密度钻井,主要有：Maurer空心微球双梯度钻井系统LSU隔水管气举系统LSU隔水管气举系统,本章重点,水上井口装置和水下井口装置的组成、适用平台类型及区别。不同类型平台的各次开钻的施工及井口安装。海上井控的特点。管内插入法和水下释放法的施工工艺过程。双梯度钻井的原理、优点和实现方法,