摘要：深水钻井设计面临海洋环境恶劣、压力窗口窄、浅层地质灾害危害大、作业费用高昂和深水海底低温高压等严峻挑战。在充分借鉴我国浅水钻井设计和国外深水钻井设计及施工经验的基础上，研究并提出了深水钻井设计的技术流程与工作方法。
关键词：深水钻井；技术流程设计；工作方法
引言
深水钻井设计内容涉及面广、涵盖知识点多、技术难度大，而我国深水钻井起步较晚，深水钻井设计技术相比国外尚存在一定差距。目前针对深水钻井设计分析的文献资料很少，现有的文献资料主要集中在深水钻井挑战介绍及相关专题研究方面。本文总结我国在南海钻井平台“海洋石油981”上实施钻探的第一口深水井的实际经验，结合国外相关深水钻井设计研究的实例，提出深水钻井设计的技术流程和工作方法，为类似的深水钻井设计过程提供参考依据。
1 钻井系统设计流程
以超深水钻井作业需求为目标，进行钻井系统中钻井模块、循环系统、固控系统等的关键参数匹配计算，完成钻井系统的配置选型，建立模块化动力系统、循环系统、固控系统等的性能和结构参数配置数据库。结合超深水钻井隔水管在各工况下的力学行为分析，为钻井系统设备的选型、设计和操作提供理论依据。以功能区模块规划、作业成本规划和降低平台质心等为优化策略，进行钻井系统的设备布置计算，完成钻井系统的布局设计。开展钻井系统与钻井平台的接口体系分析研究，综合分析钻井系统与钻井平台或钻井船之间的人机接口、机电动力接口、智能接口、气液接口等，进行钻井系统电力模块、液压模块等的匹配分析和控制信道需求设计。确定不同作业工况下各设备匹配时的电力、液压及控制信号等需求量，进行钻井系统输入接口与钻井平台输出接口的关联性分析，研究相互间的接口关系。开展钻井系统输入接口与钻井平台输出接口的功能设计，包括动力接口、人机接口、气液接口等，研究通信接口协议与标准[1]。
2 深水钻井需要面对的主要问题
深水环境下的低温和高压给钻井作业带来巨大困难，深水作业时工况非常复杂，首先要考虑面对多变的海洋环境。钻井平台的作业能力需要符合深水环境的需要，隔水管加长，需要防喷器组具备更强的井控能力，钻井液需要适应海洋环境，设备抗压能力也需要加强。还要综合应对台风等恶劣天气。另外深水钻井的压力窗口窄，海底表层沉积物使深水地层破裂压力与空隙的压力相差很小，钻井过程中很容易发生井喷、井漏等危险井况。海洋深水浅层处容易发生地质灾害，会导致井眼失效或储层损害，严重时甚至导致井喷或钻井平台倒塌等灾难事故。深海钻井的费用也是需要考虑的问题，各种大型化、专属化的设备和自动化作业费用、人工成本等都加大了深水钻井的总花费。海底的低温高压环境容易给钻井作业造成不利影响。如低温高压会降低钻井液流动性，加大运输阻力，容易发生钻井液漏失现象，固井的质量也难以保障，防喷器、隔水管、钻井液循环通道等很容易被堵塞[2]。
3 钻井设计解决深水钻井问题的方法分析
面对深水钻井过程中可能遇到的相关问题，在钻井设计过程中需要充分的考虑，研究解决办法。考虑海洋环境如强海流、台风、季流等区域内的深海油井，提前对深水钻井装置进行检验，选择合适的型号，研究动力定位平台能够承受的能力，保障作业安全，选择满足该环境要求的钻井装置，并提前做好各项应急方案。解决压力窗口窄这一问题，需要了解相关海域的地层压力资料和地震数据，开展压力预测，对井壁的稳定性准确评估，钻井液密度要达到安全要求，井身结构设计要合理，井控分析要到位，降低泥浆密度。对于浅层地质灾害问题设计前需要做好井场调查，对浅层气、浅层流、水合物、断层、海底火山、河道及海底滑坡等危险位置要避开作业，设计好井口的稳定性，压井和井液密度必须分析清楚，计算准确，做好相应预防措施。深水钻井作业的难度限制了设备的选用，费用自然比常规钻井昂贵，因此作业工期和费用统计都需要合理的规划，作业计划安排需要尽可能的详细，减少不必要的费用。对于海洋低温高压的环境钻井液和水泥浆体系都需要按要求选择，预防水合物的产生，设计合乎要求的压力窗口[3]。
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4 深水钻井设计的技术流程和工作方法
4.1钻井前的资料收集整理
钻井前有必要参考国内外相关资料，了解清楚深水钻井作业的相关要求和技术特点，搜集计划海域的勘探背景和地质信息，对计划井区的气象和海水资料进行整理，实地考察钻井区域的各项情况和条件。
4.2对相关资料的综合分析
综合了解到的深水井相关资料，总结出作业的风险和设计关键点，制定相应的预防措施。
4.3分析地质特点
分析计划钻井区域的地质特点，有针对性地制定防护措施及应急办法。对地层构造、储层分布及特点、流体特征和压力变化关系以及容易发生的风险进行预估，分析整体可行性。
4.4钻前的研究工作
钻前要与相关单位和研究人员立项研究，探讨海洋环境、地层压力、浅层地质灾害、井壁的稳定性、钻井平台的位置设计、隔水管和导管的配置设计、作业窗口设计等问题，确定相关的配置和选型。
4.5选择合适的钻井设备
合理的选择钻井装置，需要了解相关装置的能力，对其系统安全性和适用范围做出正确的评估。
4.6钻井管柱堆场布置
其一，钻杆及套管排放。钻杆及套管平放加立放于上层甲板的堆场及立根台，管柱堆场布置于平台主甲板的艉部区域。钻杆与套管都采用水平存储的方式，堆放于堆场。在使用时，可以采用水平管柱处理系统及竖直管柱处理系统进行管子的输送、连接，并排放到立根盒内。其二，隔水管排放。半潜式钻井平台隔水管的布置方式有三种：平放、平放加立放、立放。不同的放置方式影响平台布置、隔水管处理系统，以及下隔水管流程与作业效率。平放隔水管下入时，需要通过输送机装置改变为立放状态后，才可以送到转盘井口内。平放隔水管一般位于主甲板上，其区域可与套管存放区域综合使用。平放加立放隔水管，一部分采用平放，布置于主甲板管子堆场，使用时需要通过处理设备使其连接，输送至井口；另一部分采用立放，布置于隔水管立放区，可直接输送至井口[4]。立放可提高隔水管及整体作业效率，使隔水管穿舱进入上层甲板以下，放置于下层甲板，降低了质心。推荐半潜式平台采用穿舱立放的方案。
4.7井身结构和套管设计
井身结构设计应保证“压而不死，活儿不喷”，设计套管的下入深度与尺寸时要结合孔隙压力值和钻井液密度窗口，考虑井眼的稳定性、浅层地质灾害状况和井眼轨迹等信息。根据井口系统的特点、钻井平台的能力和油藏特性来确定井眼尺寸，设计套管时要考虑套管之间的密闭环空压力，保证套管的完整性。
4.8专业性的钻井设计
井身结构设计完成之后，需要根据钻井作业的程序进行作业规划、施工进度和费用评估以及风险分析和各种预案设计。
结束语
虽然深水钻井困难重重，但是针对每一个问题和细节进行分析研究，找出解决的方法，按照钻井设计的流程和工作方法来依次安排，逐个解决，能够有效提高钻井设计时效。
参考文献：
[1]叶吉华，刘正礼，罗俊丰. 深水钻井设计的技术流程与工作方法[J]. 中国海上油气，2014，26（3）：93-97.
[2]畅元江[1，段梦兰. 南海深水钻井隔水管设计与作业技术[J]. 天然气工业，2014，34（5）：106-111.
[3]王磊，张辉，周宇阳，等. 深水钻井喷射下导管水力参数优化设计方法[J]. 石油钻探技术，2015（2）：19-24.
[4]周波，杨进，周建良，et al. 深水钻井喷射下导管排量设计方法[J]. 石油钻探技术，2016，44（3）：21-26.
论文作者:牛茂猛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
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