摘要：随着世界各国对石油需求的增加以及陆上和浅海油气资源发现难度的增大，深水油气勘探开发不断升温，深水钻井工作量也越来越大。根据我国现有的海上钻井技术资料和实际经验，从深水钻井的特点出发，设计深水钻井技术流程和工作方法，为以后的深水钻井工程提供设计参考。
关键词：深水钻井井身结构；解决深水钻井问题；技术流程设计工作方法
引言：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 深水钻井井身结构设计的重要性
目前深水钻井大约占据了海洋钻井承包市场一半的份额。未来随着深水区域油气资源的进一步开发，深水钻井占据的市场份额比例还会继续增大。因此加快研究、发展我国的深水钻井技术是增强我国在国际市场上的竞争力，提升我国综合国力的必由之路。深水钻井井身结构设计是深水钻井的基础，井身结构设计的好坏不仅影响到钻井工作能否安全、顺利的进行，甚至还能决定油井的质量和开发年限。因此合理的井身结构设计是深水钻井作业的关键。对此，世界各地的石油科研人员针对深水井身结构设计进行了多年的研究，取得了一些进展和成果。深水钻井存在水深、海底低温、浅层地质灾害、低破裂压力梯度等因素，钻井施工工艺与常规钻井有很大的区别，使得井身结构设计相比陆地更为困难。不合理的井身结构设计会导致实际的钻井作业中遇到很多阻碍，带来时间和成本上的损失，甚至可能给施工人员的生命健康以及周围的环境造成危害[1]。当前国内在深水钻井井身结构设计方面还有很多不足，例如套管层数少无法应对多层复杂地层的情况；各层套管间的尺寸差异过大，钻进速度低、花费高；深部井眼的尺寸小，不利于后续井眼快速、优质、安全的钻进，不利于井下作业及增产措施的进行。因此，加快研究深水钻井井身结构设计技术、缩短与世界先进水平的差距迫在眉睫，对于我国的深水油气勘探开发事业具有重要意义。
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[3]。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。
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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 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。
4.7 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。
4.8 必封点的确定
在进行常规的井身结构设计时，通常采用自下而上的设计方法，即先根据地层压力剖面挑出符合抗内压强度的套管，再根据套管的抗外挤确定每层套管的下入深度，最后对套管强度进行校核，保证套管下入深度最浅，套管费用最少。这种方法需要对下部地层特性有足够的了解[4]。而对于地质情况复杂存在多套压力系统的深探井，就无法确定套管的下深。因为此设计仅以地层压力剖面作为参考，而在地层压力剖面上却又无法反映许多井下复杂情况，如易漏易塌层、盐岩层等。为了保障施工作业顺利进行，则需要对一些易塌、易漏等复杂地层进行及时封隔，如页岩层、塑性泥岩层、裂缝型溶洞、破裂带地层等。因此，在对风险探井进行井身结构设计时，应先根据地层情况确定必封点的位置，再应用传统的设计方法确定各层套管的尺寸和下深，以确定该井的具体井身结构。
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]钱锋，孔祥吉，唐小雯.深水钻井井身结构设计参数的选取[J].科学技术与工程，2014，14（13）：162-165.
[2]杨焘，柯坷，王剑，等.琼东南深水探井井身结构设计探讨[J].海洋石油，2016，36（3）：98-102.
[3]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（03）：93-97+118.
[4]许玉强，管志川，张洪宁，张会增.基于含可信度地层压力剖面的精细井身结构设计方法[J].中国石油大学学报（自然科学版），2014，38（06）：72-77.
论文作者:李明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/11
标签：深水论文; 作业论文; 套管论文; 地层论文; 结构设计论文; 压力论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第28期论文;