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1、,石油钻井与机械基本知识,中国石油勘探开发研究院,石油设备范畴石油钻井设备；采油设备；油气集输设备（地面工程或海洋工程）；压裂酸化设备；修井设备；注水注气设备等。,钻井工艺、设备及钻井新技术海洋石油钻井工程技术海洋油气田开发概况及我国的石油战略,汇报提纲,1.1 钻井方法钻井就是从地面钻一孔道直达油气层。破碎岩层；取出岩屑，继续钻进,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.1 钻井方法,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.1 钻井方法,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.2 钻前准备钻井工程的第一道工序。主要包括：修公路 平井场、打水泥基础 钻井设备搬运、安装井口准备 备足钻井所需要的各种工具、器
2、材,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.3 钻进钻井是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。全井钻井过程的主要工序为：第一次开钻，下表层套管；第二次开钻，从表层套管内用小一些的钻头往下钻进；如地层情况不复杂，可直接钻到预定井深完井；若遇到复杂地层，用泥浆难以控制时，便要起钻，下技术套管（中间套管）；第三次开钻，从技术套管内用小一些的钻头继续钻进。依上述同样道理，或可一直钻达预定井深，或再下第二层套管，再进行第四次、第五次开钻。最后，钻完全井深，下油层套管，进行固井完井作业。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.3 钻进表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。根据
3、钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至上千米。油层套管用以保护生产层，提供油气生产通道。下深位置由目的层位置及完井方式而定。技术套管位于表层套管内的套管。主要用来封隔不同压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。可以是一层、两层或更多层（深井、超深井、地质情况复杂）。井身结构指下入一口井的套管层数、尺寸、规格、长度以及各层套管相应的钻头直径和钻进深度、各层套管外的水泥上返高度等等。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.3 钻进接单根在钻进过程中，随着岩石的破碎，井眼在不断加深，因此钻柱也需要及时接长。钻柱主要由钻杆组成，每当井眼加深了一根钻杆的长度时，就向钻柱中接入一根钻杆，此过程叫
4、做接单根。起钻需要更换钻头时，便将井中的钻柱全部起出。将方钻杆-水龙头置于大鼠洞中；将钻杆按立根（2-3根钻杆的整体）卸开；更换钻头。下钻更换钻头后，将立根连接起来，最后连接方钻杆-水龙头。钻进作业大循环下钻正常钻进接单根起钻换钻头下钻。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.4 钻具组合裸眼完井指根据地质条件与井身结构、钻具来源等决定钻井时采用何种规格的钻头、钻铤和钻杆、方钻杆配合起来组成钻柱。作用：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.4 钻具组合,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1
5、.4 钻具组合,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.4 钻具组合,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.5 固井固井就是向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注入水泥浆，把套管固定在井壁上，避免井壁坍塌。固井工作包括：套管柱设计、下套管、注水泥。下套管类似于下钻，但在井口要使用一些专用工具，如在套管柱上要加引鞋、套管鞋、回压阀、阻流环、扶正器等附加装置。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.5 固井注水泥流程：下套管至预定深度装水泥头、循环泥浆、接地面管线打隔离液注水泥顶胶塞替泥浆碰压注水泥结束、候凝。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井完井是钻井工程的最后环节。完井固井后，油层被水泥
6、和套管封固着，必须设法使油气层与井筒沟通。射孔完井在油层套管内下入射孔枪，发射子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层通过这些弹孔孔道与油井相连；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井射孔完井在油层套管内下入射孔枪，发射子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层通过这些弹孔孔道与油井相连；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井射孔完井常规射孔与高能复合射孔对比,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,高能复合射孔对压实带的破除,常规射孔压实带示意图,1.6 完井裸眼完井油层不封固，直接与油井相连；渗流面积大，油流阻力小，井底易坍塌。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井射孔与裸眼复合完井有的
7、厚油层虽然适合裸眼完井，但上部如有气顶、水层或需要分层开发的油层时，也可将技术套管下过油层界面，使其封隔油层上部，然后再对下部油层进行裸眼完井，开采期间有必要时，再射开其中已封隔的上部含油层段。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井割缝衬管及复合完井,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.6 完井直裸眼井分层改造一体化完井下入：一只或几只遇油膨胀封隔器 分层压裂滑套 永久封隔器（或悬挂器）等完井工具对该井裸眼井段实现分层设置，满足分多层独立进行酸压改造，以达到不同储集类型储层都有产能贡献增大采收率的目的。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.7 钻井液常用的钻井液为泥浆。钻井液的作用钻井
8、过程中冲洗井底、携带岩屑、保护井壁、冷却钻头、平衡底层压力等。气体气体钻井（欠平衡钻井）泡沫泡沫钻井（欠平衡钻井）喷射钻井钻井液通过具有特殊形状和结构的小尺寸喷嘴，形成高速钻井液射流，直接射向井底，帮助钻头破碎岩石，并清除井底岩屑。显著提高钻头进尺（软地层50100%，硬地层1328%）显著提高机械钻速（软地层1530%，硬地层1421%）,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.8 常见钻井事故井漏当井眼中泥浆液柱压力大于地层压力时，就会引起泥浆漏失。造成井漏的更具体的原因可能有：钻遇疏松地层，开泵过猛而憋漏；钻遇渗透性地层（砂岩）发生渗透性漏失；钻遇地层断裂带（石灰岩大溶洞）发生井漏。井漏会使
9、循环失灵；严重污染油层。井塌钻进时，井内泥浆的失水进入岩石颗粒之间，降低了岩石的胶结力，有些岩层如黏土、页岩、泥岩等，经泥浆浸泡后发生膨胀、剥落掉块，从而导致井壁不稳固和坍塌，严重的井塌可能引起落石卡钻。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.8 常见钻井事故井喷当钻遇高压油气水层时，由于油气水的压力大于钻井液柱压力，地层中流体喷出地面或流入井内的现象。失控的井喷是恶性事故。引起井喷的原因有：地层压力掌握不准；泥浆密度偏低；井内泥浆液柱高度降低；起钻时的抽吸作用；其他措施不当等。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.8 常见钻井事故井喷的危害井喷极易导致着火人员安全、设备毁坏、大量耗费油气资源、
10、报废油气井1957-1981年，川渝油气田井喷48次，着火31次，烧毁钻机18台,伤亡158人，33口井放空天然气49亿方，报废井14口，喷空钻井液998万元。2003年重庆开县“罗16H”井喷，死亡243人，党纪政纪处分165人，刑事处理6人。井喷后压井造成井下复杂，对产层损害严重；失控着火打乱正常生产秩序；严重的环境污染。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.8 常见钻井事故卡钻在钻井过程中因地质因素、钻井液性能不好、技术措施不当等原因，使钻具在井内长时间不能自由活动。沉砂卡钻 落石卡钻、井塌卡钻缩径卡钻 泥饼卡钻键槽卡钻,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成,1.钻井工艺、设
11、备及钻井新技术,1.9 钻机组成1）旋转系统作用：旋转钻具；组成：转盘、水龙头；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成2）循环系统作用：循环钻井液；组成：钻井泵、地面高压管汇、钻井液固控设备；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成3）起升系统作用：起下钻具、下套管、控制钻进；组成：绞车、井架、天车、游车、大钩、钢丝绳等；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成水龙头旋转系统、循环系统、起升系统的交汇点。水龙头上接起升系统（悬挂在大钩上），下连旋转系统（连接方钻杆），鹅颈管与循环系统相连（高压泥浆经鹅颈管进入冲管、中心管，最后进入方钻杆）。,1.钻井工艺、设备及
12、钻井新技术,1.9 钻机组成4）动力系统作用：为上述三大机组提供动力；组成：内燃机、交直流电动机及辅助设备；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成5）传动系统作用：连接发动机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换；组成：机械传动（液力传动、并车、分动、变速等）；电传动（交流变频传动VFD）；液压传动,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成6）控制系统作用：指挥各系统协调工作；组成：钻机控制系统（机械控制、电控、液控、气控及混合控制）、随钻测量系统（MWD）、各种钻井仪表、马达控制中心等；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成7）底
13、座作用：承载安装各工作机组；组成：钻台底座（承载井架、转盘、绞车、立根盒、井口工具等）；机房底座（承载动力机组、传动系统设备）；汽车底盘（车装钻机）拖车底盘（拖挂钻机）要求有足够的高度、面积和刚性；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统作用：控制井喷；组成：各种防喷器（单闸板、双闸板、环形防喷器）、四通、液压控制系统、放喷管汇等；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统环形防喷器,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统单闸板防喷器,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统双闸板防喷器,1.钻井工艺、设备及钻
14、井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统剪切防喷器,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统旋转防喷器,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成8）井控系统防喷器组,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成9）辅助设备作用：为钻机各工作机组正常工作配备的必要的辅助设备；组成：空气压缩机、空气净化系统、储气罐、辅助发电机组、井场电路设备、辅助起重设备、活动房、油水罐、保温设备等；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成10）钻台操作设备作用：用于钻台上起下钻具、排放钻具的专用工具；组成：三吊一卡（吊环、吊卡、吊钳、卡瓦）、液气大钳（钻杆钳、套管钳）、铁
15、钻工、自动卡瓦、自动吊卡、钻杆排放装置、二层台液压排放装置等。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成铁钻工,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.9 钻机组成钻机八大件井架、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、泥浆泵。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.10 钻机分类按钻井深度分类浅井钻机（1500m）；中深井钻机（15003200m）；深井钻机（32005000m）；超深井钻机（5000m）；按主传动副类型分类皮带钻机（胶带并车传动）；链条钻机（链条并车传动）；齿轮钻机（齿轮-万向轴并车传动）按驱动设备类型分类机械驱动钻机（MD）;电驱动钻机（ED）。按使用地区和用途分类陆地钻
16、机、海洋钻机、沙漠钻机、斜井钻机、丛式井钻机等。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.11 钻机型号根据油田要求和境外石油勘探开发的需要，1995年中石油胜利油田钻机方案定型会议关于我国发展钻机的意见：2000m及以下级别钻机，要大力提高运移性；3000m及以下级别钻机，发展机械驱动钻机为主；4000m级别钻机，发展电驱动和机械驱动两种级别的钻机；6000m及以上级别钻机，发展电驱动钻机为主。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.11 钻机型号ZJ 60 L型名义钻井深度6000m，链条传动钻机ZJ 60 DS型名义钻井深度6000m，电驱动沙漠钻机ZJ 70 D名义钻井深度7000m，交流变
17、频电驱动钻机ZJ 15 X型名义钻井深度1500m，斜井钻机ZJ 10 B型名义钻井深度1000m，轻便钻机ZJ 20 DY型名义钻井深度2000m，电液驱动钻机,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.12 交流电驱动钻机的特点绞车、转盘可实现无级调速，调速范围宽；电机短时增矩达1.52倍以上，提高提升能力和处理事故能力；具有恒功率宽调速特性，大大简化了钻机机械结构；具有转盘扭矩限制功能，防止钻具扭断；交流变频技术对电机具有安全保护功能；具有软启动功能，可降低供电电源容量；,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.12 交流电驱动钻机的特点带载情况下可平稳启动、制动和调速；下钻时可实现对电网的能量反
18、馈，减少制动装置损耗，节约能源；易于实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制；价格便宜；维护费用低；使用安全可靠，易于操作管理；体积小、容量大，安装、拆卸、搬迁方便灵活。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.13 国内钻机生产使用情况目前中石油共有钻机1000多部，从1999年开始至2008年10年间共更新了大约90%的钻机，2009年基本没有更新，10年、11年有少量钻机更新。中石化目前拥有钻机大约600多台。更新情况与中石油差不多。宝鸡厂、宏华厂、二机厂、四机厂等四家，年生产各类钻机能力大约500台左右。各油田生产厂家，生产少量钻机。地方生产厂家生产小型钻机，销给民间机构或个人。,
19、1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.13 国内钻机生产使用情况2010年8月份中石油钻机在用情况,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.14 新型钻机软管石油钻机1991年开始工业应用，并打出了1062米水平井。1997年壳牌公司在北海应用软管钻井技术在垂深3860米处成功进行了侧钻，创造了利用软管钻井技术侧钻垂深的最大记录。优越性：与常规钻机钻井相比，节约费用25%40%；不停泵接钻杆，起下钻可连续循环泥浆，避免了因接钻杆可能引起的卡钻、井喷等事故，提高了钻井作业的安全性；连续软管可内置电缆，实现随钻测量和闭环钻井；占用场地面积小；软管尺寸小，特别适用于钻小井眼井；钻井设备安装、拆卸、搬运相对
20、简便快捷。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,套管石油钻机拖车钻机，采用顶驱装置，通过套管传递扭矩，并带动安装在套管底部钻具组上的钻头旋转钻进。钻头固定在一个专用钻具组的前部，钻具组锁定在套管底部，并用钢丝绳与钻台上起下钻头的专用绞车相连，当需要换钻头时，将锁定装置打开，利用绞车将钻具起出，更换新钻头后，再用绞车将钻具送入井底，锁定在套管底部。操作非常方便迅速；钻头为可以收缩的扩孔钻头，钻进时扩孔钻头张开。钻机的钻进过程就是下套管的过程，套管下到井里不再提起，完钻后即可进行固井。优点：简化了钻机结构；节省材料费用；起下钻速度快；套管始终留在井内，减少了井壁坍塌、键槽等事故的发生；3000米井可节
21、省成本30%以上。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.14 新型钻机小井眼石油钻机小井眼：全井90%以上的井段直径小于7in，或70%以上的井段直径小于5in；对水平井为水平段直径小于6in。小井眼钻井可降低油气勘探和开发成本、提高经济效益、减小环境污染。优点：节省泥浆、钻头、钻杆、套管、柴油等费用；减小场地，提高钻井和起下钻速度；减小装机功率，减轻环境污染；用于打加密井，可采储量将增加50%。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.15 顶部驱动设备顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革之一。液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动、顶部驱动1981年12月Varco-BJ公司研制的To
22、p Drive System投入使用，以后逐渐被石油钻井界所采用。目前海上平台或钻井船几乎全部装备了顶驱，陆地钻机正陆续装备顶驱。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.15 顶部驱动设备动力驱动装置电动或液压，经齿轮减速，提供动力；倾 斜 装 置气动或液动，接单根、取立根；管子处理装置由扭矩钳、内防喷控制阀、执行机构组成，扭矩钳在液压作用下，可在任何时候及位置完成上卸扣；扭矩管、平衡系统、冷却系统扭矩管即导轨，扶正并将反扭矩传递给井架底座；平衡系统采用双液压平衡液缸，作用类似于大钩弹簧；冷却系统提供冷却空气；控制系统；钻井液循环系统。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.15 顶部驱动设备,1
23、.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.15 顶部驱动设备安全的操作系统人身和钻井安全采用立根钻进，接单根次数减少，倾斜装置可使吊环吊卡摆至小鼠洞或二层台指梁，减少了作业者的危险程度；起下钻遇阻，可以开泵循环、旋转钻柱进行划眼作业；下套管遇阻可迅速接上大小头，边循环边旋转变下放；顶驱内的防喷阀及执行机构，发现井涌时可立即执行井控动作；设备安全上扣平稳，避免上扣过盈或不足；设定钻井最大扭矩，超过此值，马达立即停止，调整参数后再正常钻进。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,1.15 顶部驱动设备节约辅助钻进时间，提高钻井效率立根钻井节约辅助时间，减少了每次接单根后重新调整工具面角的时间，提高了取芯收获率，
24、可减少钻井时间1030%；特别适用于定向井、水平井定向井、水平井提钻时阻力大，可倒划眼；安装维护简单、操作方便灵活。,1.钻井工艺、设备及钻井新技术,钻井设备及钻井新技术海洋石油钻井工程技术海洋油气田开发概况及我国的石油战略,汇报提纲,海洋钻井与陆地钻井最显著的不同是一切活动皆发生在空间有限的钻井平台上，而单个井筒内的钻井工艺与陆地没有很大差别。,2.海洋石油钻井工程技术,2.1 海洋钻井作业程序2.2 海洋石油钻井装置2.3 海洋石油钻井工艺技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.海洋石油钻井工程技术,海洋环境调查至少在钻井作业开始前做完井场调查（或委托专业服务方如海洋勘察测绘中心进行井场调查）
25、，井场自然地理环境主要包括水深、气温、降水、风、雾、海浪、潮汐、海流、风暴潮、海冰、地震等。调查报告为钻井平台能否于该井位钻井施工提供依据，便于钻井部门平台选型及进行钻井平台的适应性评价。,2.1 海洋钻井作业程序,2.海洋石油钻井工程技术,工程地质调查 海底地形地貌；浅地层结构（海底电火花浅层地震、海底底质冲击抓样、浅层气）；海底地基调查。平台拖航就位 移动式钻井装置多半为非自航式，需要另外的拖轮牵行拖航及就位。,2.1 海洋钻井作业程序,2.海洋石油钻井工程技术,钻井工程施工海洋钻井方式分为固定平台钻井和浮式钻井两类。固定式钻井平台与坐底式、自升式钻井平台都是固定于海底的，其钻井方法除有隔
26、水管外，与陆上钻井方法大体相同。,2.1 海洋钻井作业程序,2.海洋石油钻井工程技术,2.1 海洋钻井作业程序,钻井工程施工浮式钻井使用水下器具。,2.海洋石油钻井工程技术,2.1 海洋钻井作业程序,完井海洋石油生产井完钻后，为开采井中油气，进行完井；将井中替换为完井液、射孔、下入生产管柱以及安装井口采油树，开启采油树阀门可进行油气生产，此过程为完井。,2.海洋石油钻井工程技术,弃井海洋石油钻井弃井分为临时性弃井与永久性弃井。由于作业的需要（如预钻开发井）或某种原因（如因作业区天气、海况等影响钻井平台安全，平台撤离井位），井眼会被临时弃井。对于临时性弃井，当作业条件成熟时，平台被拖回井位复位，
27、回接井眼，恢复钻井作业。如钻井因工程或地质原因等报废等需要永久性弃井。弃井作业涉及到注水泥塞、导管套管切割回收、井口盘的回收、井口防喷器与隔水管的拆除、水下井口保护等。,2.1 海洋钻井作业程序,2.1 海洋钻井作业程序2.2 海洋石油钻井装置2.3 海洋石油钻井工艺技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,2.海洋石油钻井工程技术,1平台空间要求紧凑；2海上用钻机都采用电传动系统；3设备配备齐全，对井控BOP系统和泥浆固控系统要求高；4设备载荷余量大如3台泥浆泵；5独有的液压升沉补偿系统保证钻压；6特殊的井架结构及安装整体焊接塔架、无绷绳、游系滑轨；
28、7应急发电系统；8半潜式钻井平台的钻台侧配备ROV升降装置；9配备能控制整个钻台面的旋转吊车两台，一般3050t/台；10引导钻具进出井眼的导向臂装置；11钻井平台特有的锚机系统；,海洋钻机的特殊要求,2.2 海洋石油钻井装置,2.海洋石油钻井工程技术,一种有沉垫（浮箱）的移动平台，利用其浮体（沉垫或稳定立柱）灌水下沉，用几个立柱支承固定高度的上层平台进行作业，当作业完成后，排除浮体（潜体）中的水而起浮，转移到另一个作业点。,2.2 海洋石油钻井装置,坐底式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,坐底式钻井平台,主要优点：钻井时固定可靠，完井后搬运灵活,主要缺点：工作平台高度恒定不能调节；工作水深
29、较浅，一般小于30m。,2.2 海洋石油钻井装置,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,胜利三号坐底式钻井平台,坐底式钻井平台,我国六十年代初起步，现有7座坐底式平台，在浅海石油开发中发挥了重要作用，并培养和锻炼了一支设计、建造、操作和管理的队伍。应用渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等。,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,坐底式钻井平台,“中油海3号”坐底式钻井平台是目前世界上最大的坐底式钻井平台，也是我国自主设计的新一代钻井平台，主要用于浅海作业。平台作业水深10米，最大钻井深度可达7000米，上层甲板设有可供 90人居住的生活楼，生活楼顶部为直升机平台
30、。2007年6月抵达冀东南堡油田投入使用。,2.海洋石油钻井工程技术,“胜利2号步行坐底式钻井平台,“胜利2号”步行坐底式钻井平台为极浅海步行式钻井平台，属于世界首创项目，目前世界也仅此一座。该步行坐底式钻井平台为水陆两栖式，最小作业水深为0m，最大作业水深为6.8m，适合我国沿海滩海和极浅海区石油钻探。“胜利2号”钻井平台被评为1992年全国十大科技成果第二名；1995年获国家发明二等奖。,2.2 海洋石油钻井装置,坐底式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,国外1933年“盖娜松号”首座坐底式钻井平台问世，50年代建造了近30座各类坐底式平台。50年代末，坐底式平台
31、的作业水深已达到27.43m（90ft）。1963年出现了一座大型坐底式平台，其作业水深达53.34m（175ft）。19731974年间，原油价格暴涨，70年代后期又建造了一些坐底式平台。,根据2011年10月Rigzone网站统计资料，国外目前在用的坐底式钻井平台共5座。应用暂时没有合同,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,941钻井平台,自升式钻井平台工作时，先由拖轮拖至井位，抛锚定位，通过桩腿升降装置将桩腿插入海底，进行预压后，再用升降装置把船体上升到海面以上一定高度，便可开钻。,“勘探2号”自升式钻井平台,自升式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井
32、装置,主要优点：造价低；机动性好；稳定性好。,主要缺点：工作水深受腿长的限制，不适合深水，拖航时易受风暴袭击而受到破坏。,独立桩腿自升式钻井平台,据Rigzone网站2011年10月的统计资料，自升式钻井平台 555 座，占全部海洋钻井装置（1324座）的 41.92%，比例远远超过其它类型。近20年建造的自升式钻井平台的数量占该型总数的90%，是自升式钻井平台建造的黄金时期。,完成一个井位的钻井作业后，船体降至海面，拔起桩腿并将其升至拖航位置，整个平台可以拖到新井位。沉垫自升式平台则以沉箱的形式坐于海底。,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,我国我国自升式钻井平台共40座。中
33、海油（CNOOC）27座，作业水深范围40 m122 m，最大钻井深度范围6,000 m9,144 m。中石化（SINOPEC）6座，作业水深范围20 m90 m，最大钻井深度范围5,000 m6,096 m。中国石油集团海洋工程有限公司（CPOE）7座，作业水深范围0 m8 m，最大钻井深度：4,500 m，主要用于滩浅海钻井。海洋石油941（我国自升式钻井平台之最），作业水深范围40 m122 m，最大钻井深度范围6,000 m9,144 m。应用黄海、东海和南海有大量的海域是属于90 m120 m水深的区域。,自升式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,国外195
34、4年第一个自升式钻井平台“迪龙一号”问世，目前全球自升式平台钻机包括在建的共有555座，其中签约在用的327座；作业水深范围一般为12 m168 m；世界范围有58座自升式钻井平台作业水深达到100 m以上；ROWAN公司的Gorilla 号自升式钻井平台作业水深达168 m，是目前自升式钻井平台世界之最。200 m水深以内的大陆架的石油储量占已探明海洋石油储量的55%70%；,自升式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,当半潜式钻井平台自航或拖航到井位时，平台定位，然后向浮箱内灌水，待平台下沉到一定设计深度呈半潜状态后，即可进行钻井作业。,半潜式平台是用数个具有浮力的
35、立柱将上壳体连接到下壳体或柱靴上，并由其浮力支持的平台。在深水半潜作业时，下壳体或柱靴潜入水中，立柱局部潜入水中，为半潜状态；,可自航的半潜式钻井平台,半潜式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,主要优点：工作时吃水深，能适应恶劣的海况条件；工作水深范围大，承载能力大,工作水深可在30m至3000m；甲板面积大，有利于钻井作业，移动灵活，尤其是自航的半潜式钻井平台这一点更为突出。,主要缺点：造价高（与自升式比较），一般造价多在一亿美元以上。,2.2 海洋石油钻井装置,我国70年代就开始研究和设计半潜式平台，1984年我国成功地建造了勘探3号半潜式平台，在东海石油和天然气
36、勘探中发挥了重要作用。国内半潜式钻井平台9座，作业水深200 m457 m（3000m），最大钻井深度6,000 m7,620 m。其中中海油7座；中石化2座。国内半潜式钻井平台主要在南海、东海作业。,勘探3号半潜式钻井平台,半潜式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,海洋石油981半潜式钻井平台,中国第一座自主设计和建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”号，2010年2月26日在上海外高桥造船有限公司顺利出坞；中国科学技术部2010年11月10日发布消息称，国家高技术研究发展计划(863计划)海洋技术领域“3000米水深半潜式钻井平
37、台关键技术研究”课题，10月中旬已顺利通过验收。验收专家组认为，该课题部分关键技术成果达到国际领先水平。平台作业水深能力达3000米、可变载荷能力9000吨、钻井深度10000米，其综合技术指标进入世界前列，是中国海洋石油工业走向开发深海油气和参与国际竞争的必需重大装备。该平台的设计与建造对实现中国石油工业由浅水向深水的跨越发展、保障中国能源战略安全、促进中国重大装备制造业的发展等均具有重要意义。,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,海洋石油981半潜式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,国外1961年在坐底式平台“碧水1号”加装立柱建成第一座半潜式钻
38、井平台。1963年建成第一座三角形半潜式钻井平台“海洋钻井者号”。1964年建的“碧水2号”是第一座长方形半潜式钻井平台。20世纪70年代，半潜式钻井平台开始装上推进器，便于拖航和定位。1973年以后建造的大多数半潜式钻井平台具有某种自航功能。1977年建成第一座动力定位半潜式钻井平台Sedco709号。国际上有227座半潜式钻井平台，签约在用的165座，最大钻井深度达9,144m以上，最大作业水深达3,048m；最大可变载荷超过6,000t。Transocean Inc.公司的Deepwater Horizon号半潜式钻井平台达到7,350t。应用主要在北海、墨西哥湾、拉丁美洲、西非、地中海
39、等海域作业。,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,钻井船是利用普通船型的单体船、双体船、三体船或驳船的船体作为钻井工作平台的一种海上移动式钻井装置。,钻井船到达井位以后，先要抛锚定位或动力定位。钻井时和半潜式平台一样，整个装置处于漂浮状态，在风浪的作用下，船体也会上下升沉、前后左右摇摆及在海面上飘移等运动，因此需要下水下器具和采用升沉补偿装置、减摇设备和动力定位等多种措施来保证船体定位在需要的范围内，才能进行钻井作业。,钻井船,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,我国钻井船特别是动力定位钻井船造价高。2010年10月31日，STX大连集团首艘深海钻井船Drill
40、ship和海洋铺管船OPL同时成功下水。这两艘船是STX大连集团首次建造的海洋工程船，代表了STX顶端造船科技和水平，夯实了STX大连集团在高技术含量、高附加值海洋工程制造领域的领先地位。,STX大连集团首艘深海钻井船Drillship和海洋铺管船OPL,钻井船,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,国外截至2011年10月，包括在建、改造等在内的钻井船共有124艘，签约在用钻井船55艘。国外钻井船钻井深度能力主要有四个系列，分别是20,000ft（6,096m）、25,000ft（7,620m）、30,000ft（9,144m）、35,000ft（10,668m）。由于多数钻井
41、船作业深度大于1500m，故动力定位的占多数。现用的钻井船有20艘可变载荷超过7,000t，其中8艘达10,000t，2艘达20,000t，Glomar CRLuigs号钻井船可变载荷达37,500t，是目前可变载荷最大的钻井装置。目前作业水深超过10,000ft的钻井船还没有投入使用，其中有4艘正在韩国建造。应用主要在南美、南亚、墨西哥湾、西非、东南亚、北海、远东等海域作业。,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,钢质导管架平台,优点:钻采合一；稳定性好；海洋环境条件对钻井作业影响小。缺点：不能移运；造价高；适用水深有限；成本随水深剧增。,1)采油 2)集输及油气水分离处理与测
42、试系统3)钻井/修井功能4)带停机坪生活模块,固定式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,混凝土重力式,固定式钻井平台,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,钻井装置选择考虑因素,水深,钢质导管架,坐底式平台,自升式平台,半潜式平台,钻井船,4300m,330m,3150m,303000m,10000m,2.海洋石油钻井工程技术,2.2 海洋石油钻井装置,海上钻井装置的选择,海洋环境工程地质,钻井类型及钻井设备可利用的资源,后勤条件,风、浪、流、地震冬雪和海冰,通过地质调查确定平台选型和桩腿入泥深度,动力影响计算海洋结构强度计算定位方式,物资供应频率、平台
43、离供应点的距离、平台能容纳的人和物、备用件供应来源、恶劣天气影响,经济技术等条件,2.1 海洋钻井作业程序2.2 海洋石油钻井装置2.3 海洋石油钻井工艺技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,大位移水平井技术大位移井，通常是指井的水平位移与井的垂深之比（HD/TVD）等于或大于2的井。大位移井是定向井、水平井、深井、超深井钻井技术的综合体现。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,大位移井主要优点：1充分利用海上设施开发海洋油气田，节约资金；2从陆地开发近海油田；3用大位移井开发不同类型油气田（断块油气田、边际油田等；不同深度
44、、方位油气田或油气层，可钻多目标三维大位移井开发），提高经济效益；4在环保要求不太高的地区钻井，满足环保要求。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,南海东部西江大位移水平井XJ24-3-A14 此方案开发费用只需常规开发费用的38%48%。该井自投产后，日产原油一直稳定在100t/d左右，仅用半年多的时间就收回了全部投资。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,大位移井的世界纪录是埃克森美孚公司于2007年4月24日在位于萨哈林岛近海完成的z11井，钻井测量深度达37,016英尺(11,282米)。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,
45、大位移井关键技术：1测量和定向控制陀螺和MWD测量仪表、弯壳体动力钻具等，控制井眼轨道和最终井底位置；2扭矩与阻力合理的井身剖面设计和下部钻具组合是减少扭矩和阻力的关键；钻井液必须具有强抑制性、高润滑性、优良的井眼净化能力；3井眼稳定分析井眼周围的岩石地应力，确定合理的钻井液密度，与地层配伍的钻井液体系；4井眼净化提高环空返速、选用合理流型与钻井液流变参数、井眼净化的监测、固相控制。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,套管钻井技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻井技术 深水海域中，存在着许多问题（如在未成熟、快速沉积的盆地，如墨西哥湾和西
46、非的部分地区）：孔隙压力很高，破裂压力却很低；浅层水的流动；大量的漏失层；井控事故等。由于没有那么多层技术套管可供选择，失去了克服这些困难的最有效工具。针对这种情况，提出了双梯度钻井的概念。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻井技术 双梯度钻井（DGD）就是在钻井过程中有两个梯度值，海底到井底为钻井液，海面到海底为海水充填。双梯度系统中，海底以上的隔水导管里为海水，所有的压力以海底为参考点，破裂压力和孔隙压力间的区域相对地变宽。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻井技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻
47、井技术 双梯度钻井可以延伸套管下深、消除中间套管、钻较大生产井眼、提高井控能力。由于减少下技术套管及固井时间，使全井的建井周期缩短65%。破裂压力和孔隙压力间的区域变宽，使得井喷、井漏等问题大大减少，从而大量节约处理钻井复杂事故时间。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻井技术 双梯度钻井相关技术：钻井液举升系统钻杆阀（U型管效应）、旋转分离器（使隔水导管内的液体和井眼隔开、固相颗粒尺寸细化处理）、钻井液举升泵（容积式隔膜泵或电驱动离心泵）。双梯度钻井泥浆上返隔水管系统（DMRS）较快的液体上返速度；连续流经震动筛；降低了钻井液需求量；降低了隔水管的张力要求；环保。
48、,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,双梯度钻井技术Mudlift泥浆举升系统,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,优快钻井技术 优快钻井技术是以先进的科学技术为基础，以加强组织管理为切入点，在技术不断创新、管理不断优化的过程中而形成的一套钻井技术。先进的科学技术包括：顶驱技术、导向钻井技术、优选钻头技术、高密度丛式井井眼防碰技术、优质泥浆技术、无候凝固井技术、三高钻井技术、完善的大满贯测井技术、不占钻机时间电测固井质量技术等。在施工中，要强化集中组织，保证各工序的紧密衔接，减少停误工环节和非生产时间。,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺
49、技术,2.海洋石油钻井工程技术,2.3 海洋石油钻井工艺技术,海洋钻井技术发展趋势 海洋钻井技术发展趋势包括三个方面：一是围绕勘探和开发所遇到的问题有针对性地开发新技术；二是对现有的先进技术进行综合利用；三是为实现钻井自动化和智能化而积极开发新设备和新技术。快速钻井技术为发展方向；准确定向油气储层；降低开发成本；保护油气层；实时化、信息化和可视化；集成化、自动化、智能化；深水和超深水钻井。,钻井设备及钻井新技术海洋石油钻井工程技术海洋油气田开发概况及我国的石油战略,汇报提纲,据专家测算，陆地约有32%的面积是可蕴藏石油、天然气的沉积盆地，而海洋里的大陆架（水深300m以内）则有57%的面积是可
50、蕴藏油、气的沉积盆地。根据目前全球已发布的最新数据，截止到2006年1月1日，全球累计探明石油可采储量已增长为3880.5亿吨，剩余石油探明可采储量为2000亿顿；天然气储量为265.6万亿方，天然气剩余储量为175.8万亿方；待发现石油（含凝析油）资源量为1456.7亿吨，待发现天然气资源量为147.2万亿方。,3.海洋油气田开发概况及我国的石油战略,3.海洋油气田开发概况及我国的石油战略,辽阔的海洋蕴藏着丰富的油、气资源，全世界有油气远景的沉积盆地面积7746.3万平方公里，其中位于海底区域的约2639.5万平方公里。世界海洋石油蕴藏量约1000多亿吨，探明储量约200亿吨；天然气资源量约
