深水钻井设备现状及发展分析

2022-09-12

在石油钻井过程中, 深水钻井的钻井难度较大, 目前关于深水还没有统一的定义, 我国通常采用深水标准是五百米以下。随着石油资源的消耗量逐渐增大, 陆地上的石油资源逐渐被开发殆尽, 深水油气资源已经成为重要的油藏开发方向。深水油气钻井设备是实现深水钻井的关键, 随着石油勘探开发设备和技术的不断发展, 深水油气钻井设备也得到了长足的发展, 深水油气钻井关键技术问题逐渐被解决。通过对深水钻井设备发展研究, 可以为深水钻井技术长足奠定基础。

1 深水钻井设备发展现状

随着深水钻井技术的不断发展, 深水钻井设备也面临着重要的挑战。首先在深水钻井过程中, 水深成为限制深水钻井设备发展的重要因素。随着海水深度的增大, 钻井工具、环境等越来越复杂, 给钻井平台的承受能力、钻井设备负载等都提出了很高的要求。而且随着海水深度的增大, 海洋钻井使用隔水管的长度增长, 对隔水管的强度和工作寿命都提出了较高的要求。随着水深的增加, 海水的温度会越来越低, 对钻井设备提出了更高的要求。由于海上环境的复杂性, 随着海水深度的增大, 海浪强度逐渐增大, 在海浪作用下, 容易导致钻井平台的移动, 对钻井设备也提出了更高的要求。遇到特殊情况时, 如果钻井平台的载荷超出设计要求, 需要将平台和井下设备的部分连接设备断开, 防止设备的损坏。如果出现强烈的风暴等恶劣天气, 将会对平台产生巨大的影响, 因此在海洋钻井平台设计过程中, 安全性设计非常重要。深度增加后海水的温度逐渐降低, 深海地区海水的温度在零度以下, 给深海钻井带了巨大的挑战, 低温海水会对海底岩层产生作用, 导致海底岩层温度降低, 较低的温度会严重影响钻井液的流动性, 当钻井液的温度降低后, 钻井液的粘度增大, 导致钻井液的流动性变差。钻井液在井筒流动的过程中, 流动阻力大幅增大。而且在低温条件下, 固井水泥浆的凝固时间增长, 凝固形成的水泥石的强度也不高。在深水钻井过程中, 如果发生深水地质灾害, 容易导致海洋深水钻井作业的失败。浅层流动是影响深水钻井主要的灾害之一, 浅层流动介质可以是液体也可以是气体, 这些浅层的流动介质会严重影响井下平台设备强度, 例如浅层的流动介质会冲刷平台导管等部分, 严重的将会导致钻井设备的失效。浅层的气流进入海水中后, 海水的密度逐渐的降低, 平台的浮力减小, 海洋钻井平台受力改变后, 将会影响平台的稳定性。在深海钻井过程中, 深海钻井的泥浆密度窗口较小, 导致钻井事故的频发, 给深海钻井带了巨大的挑战。海水中的水合物也会给深水钻井带了巨大的挑战。在固井的过程中, 水泥浆的凝固将会释放大量的热量, 产生的热量会对水合物加热, 导致水合物的分解, 形成大量的气体, 形成水泥浆的气窜现象, 严重影响到固井质量。形成的气体进入到钻井液中, 降低了钻井液的密度, 钻井液的液柱压力降低, 容易发生井涌甚至是井喷等严重钻井事故。如果在深海钻井过程中, 钻遇了较厚的水合物层位, 由于钻井作业将会导致水合物物性的改变, 影响了水合物层位的稳定性, 降低了深海钻井井筒的稳定性。

2 深海钻井关键设备的发展分析

在深水钻井过程中, 深水钻井装置要承受风浪、海流等特殊条件的考验, 海水对钻井设设备的腐蚀也比较严重, 因此需要不断地提高深水钻井设备的安全性和稳定性。深水钻井船具有良好的可移动性。深水钻井船主要包括钻井设备、动力定位、移动等部分, 由于平台是船体, 因此具有良好的移动性, 操作灵活, 能够快速进行钻井位置的移动, 深水钻井船可以适用于深度较深的深水钻井, 但是钻井船的空间有限, 钻井平台的空间小, 同时受恶劣天气的影响较大。半潜式平台是由固定平台逐渐发展起来的, 半潜式平台具有许多优势, 例如可以抵御较恶劣的海洋环境, 钻井平台的面积大, 系统的强度高, 具有较高的钻井作业效率, 和其他钻井方式相比, 在深海钻井方面具有诸多优势, 因此近年来得到了快速的发展。在钻井作业时, 将半潜式平台的下部浮体中注入水, 保证平台的大部分都能够在海水以下, 减小钻井平台在海面以上的露出体积, 降低了海浪对钻井平台的影响。当钻井作业完成后, 再将下部浮体中水排出, 半潜式平台的浮力逐渐增大, 进而进行钻井平台的拖航。随着半潜式平台技术的逐渐发展, 钻井平台的重量越来越小, 自动化程度越来越高, 能够应用的作用水深也越来越大, 钻井平台的钻井深度越来越大, 平台的强度也越来越高。为了适应深水钻井平台条件, 传统的钻井也在不断地发展, 主要的朝着大功率、交流变频的方向发展。通过不断改变现有的钻机结构, 采用新型的绞车等设备, 可以有效的降低深水钻机设备的空间和重量, 同时还能够降低钻机的成本, 深水钻井机械的自动化程度将会不断提升, 有效的提高了深水钻井的工作效率和质量。

摘要：随着我国陆地石油资源的不断开发, 陆地资源逐渐减少, 海上石油资源成为重要的开发方向。随着海洋水深的不断增加, 海洋环境也来越复杂, 如何提高深水装置设备的效率显得尤为重要。文章通过调研分析, 研究了我国深水钻井装置的现状及发展情况。通过研究对于提高海洋钻井的效率和质量, 提高海洋石油的勘探开发效益具有重要的作用。

关键词：深水,钻井,海洋,设备,现状,发展