深水海洋石油钻井装备发展现状.pdf

2 0 1 0年 第 3 9卷 第 5期 第 6 8页 石 油 矿 场 机 械 OI L FI EL D E QUI P MENT o o 文 章 编 号 1 0 01 - 3 4 8 2 2 01 0 0 5 0 0 6 8 0 7 深水海洋石油钻井装备发展现状 赵洪山 ， 刘新华 ， 白立业 胜利石油管理局 钻井工艺研究院 ， 山东 东营 2 5 7 0 1 7 摘要 为加 快我 国深海 油气开发 的步伐 ， 有 必要深入 调研 和跟踪 国外深水 油 气勘探 的动 态和成功 经 验 ， 了解 国外深水 海洋石 油钻井装备 的结 构特点 、 现状和技 术水 平。对 国外深水 半潜式 平 台和钻 井 船 的特点 、 现 状及发展 趋 势 ， 深水平 台钻机 和隔水 管 系统的发 展 现状 和技 术 水 平 ， 以及 深 水钻 井 防 喷器系统的工作特点及应用情况做 了介绍 ， 对我国深水钻井领域的发展具有指导作用。 关键词 深 水钻 井； 半潜式 平 台； 双 井架钻机 ； 隔水 管 系统 ； 水上 防喷 器 中图分 类号 T E 9 5 1 文献 标识码 A De v e l o p m e n t Te nd e nc y o f Of f s h o r e Pe t r o l e u m Dr i l l i n g Eq ui p m e n t i n De e p W a t e r Z HAO Ho n g - s h a n， LI U Xi n- h u a， BAI Li y e Dr i l l i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h e n g l i Pe t r o l e u m A d mi n is t r a t i o n Bu r e a u， Do n g y i n g 2 5 7 0 1 7， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o q u i c k e n t he s t e p o f d e e p wa t e r h y d r o c a r b o n e x p l o i t a t i o n i n o u r c o u nt r y， i t i s n e e e s s a - r y t o ma k e t h o r o u g h i n v e s t i g a t i o n a nd s t u d y t h e b e h a v i o r a n d s u c c e s s f u l e x pe r i e n c e i n d e e p wa t e r d r i l l i n g a b r o a d， a n d t o g e t i n f o r ma t i o n o n s t r u c t u r a l f e a t u r e s， d e v e l o p me n t s i t ua t i o n a n d t e c h n i c a l l e v e l o f d e e pwa t e r p e t r o l e u md r i Ui n g e q u i p me n t a b r o a d． T h e s t r uc t u r e f e a t u r e s ，d e v e l o p me n t s i t u a t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f s e mi s u b me r s i b l e p l a t f o r m ， d r i l l i n g v e s s e l ， r i g，r i s e r s y s t e m a n d s u rfa c e BOP f o r d e e p wa t e r d r i l l i n g a r e d i s - c us s e d，wh i c h c a n p l a y a n i mp o r t a n t r o l e i n t h e d e e p wa t e r d r i l l i n g d e v e l o p me n t o f o u r c o un t r y ． Ke y wo r dsd r i l l i n g i n d e e p wa t e r ；s e mi s u b me r s i b l e p l a t f o r m ；d u a l d e r r i c k r i g；r i s e r s y s t e m ；s u rfa c e R0P 当今世界油气储量迅速递减 ， 陆上石油资源 紧 缺问题 日渐 突 出 ， 而 占地 球 面 积 7 0 ％ 以上 的 海 洋 ， 预计油气储量相 当可观。据估计， 全世界未发现的 海 上油气储 量有 9 0 ％是 在水深超过 1 0 0 0 m 以下 的 地层 中。我国深水 海 域也 十分 广 阔 ， 蕴 藏 着丰 富 的 油气资源 ， 但是 目前我 国的深水钻探开发仍处于起 步阶段 ， 深水钻完井技术与国际先进水平相 比存在 很大差距， 在很多方面缺乏 自主的关键技术 ， 已成为 我 国深水 油气勘 探开发 的瓶颈 。 。因此 ， 有 必要深 入调研 和跟 踪 国 外 深水 油 气 勘 探 的动 态 和 成 功 经 验 ， 了解 国外 深水 海洋石油 钻井装 备的结构 特点 、 现 状和技 术水平 。 1深水半潜式钻井平台 随 着 陆地 资源 的 日益枯 竭 ， 石 油天 然气 开采 已 经逐渐 由陆 地转 移 到 海 洋 ， 坐 底 式 平 台、 重 力 式 平 台 、 导管架 平 台 、 自升 式 平 台等 主 要 作 业 于 浅海 区 域 ， 随着油气 勘探 开发 日益 向深海 推进 ， 张 力腿平 台 也显示出其局限性 ， 钻井船和半潜式平台成为主要 选择 ， 然而半潜 式钻 井 平 台 由于具 有 极 强 的抗风 浪 收 稿 日期 2 0 0 9 1 1 _ o 4 作者简介 赵洪 山 1 9 8 0 - ， 男 ， 河南开封人 ， 博士 ， 2 0 0 7年毕业于 中国石油大学 华东 石油工程学 院 ， 现从事 石油气井管 柱力学方面的研究 ， E m a i l z h a o h o g s h a n 2 O O 2 1 6 3 ． C O rn。 第 3 9卷第 5期 赵洪 山 ， 等 深水海 洋石 油钻井装 备发展现状 能力 、 优 良的运 动性 能 、 巨 大 的 甲板 面 积 和 装 载 容 量 、 高效 的作业 效率 等特 点 ， 在深海 能 源开采 中具 有 其他型式平台无法 比拟的优势 。 1 ． 1结构 和运 动特 点 半潜 式 钻井 平 台上部 为 工 作 甲板 ， 下 部 为 2个 下船体 ， 用 支撑 立柱连 接 ， 如 图 1 所示 。工 作 时下 船 体潜入 水 中 ， 甲板 处 于水 上 安 全 高 度 ， 水 线 面积 小 ， 波浪影 响小 ， 稳 定性好 、 支 持力 强 、 工 作水 深 大 ， 新发 展的动 力定 位 技 术 用 于 半 潜 式 平 台 后 ， 到 2 1世 纪 初 ， 工 作水 深可 达 3 0 0 0 I n ， 同时 勘探 深 度 也 相应 提 高到 9 0 0 0～1 2 0 0 0 m。据 R i g z o n e网站 截 至 2 0 0 6 - 0 7初 的统 计 ， 全 球 现 有 1 6 5座 半 潜 式 钻 井 平 台 ， 其 中额定 作业水 深 超过 5 0 0 I n的深 水半 潜式 钻井 平 台 有 1 0 3座 ， 占总数 的 6 2 ％ 。 图 1 半 潜 式 钻 井 平 台 与 固定 式平 台不 同 ， 半 潜 式平 台在 工作 时 漂 浮 于海 面 ， 因而可 以不 受作 业水 深 的限制 ， 适用 于各 种 水深 的海 域 。在半 潜 作业 时 ， 平 台一 直 处 于 运 动状 态 。与钻 井船 相 比 ， 半 潜 式 平 台 由 于大 部 分 排 水 量 都集 中在水 下 较深 处 ， 这 使 得 平 台整 体 受 波 浪 的影 响较 弱 ， 在 波浪 中的运 动 响应较 小 ， 能够适 应 大多 数 的海 洋环境 ， 与 钻 井 船 相 比有 更 好 的 运 动 特性 。在 作业 海况 下 ， 半 潜式平 台的升沉 ≤1 ． 0～1 ． 5 1 T I ， 水 平 位移 不大 于水深 的 5 ％ ～6 ％ ， 平 台 的纵倾 角 不 大 于 2 。 ～3 。 。平 台 的这 种 运 动 是 在 钻 井 作 业 所 允 许 的最大 运动 幅度 之 内， 因 而 能很 好 地 满 足 海 上作 业要 求 。 1 ． 2 技术 现状 在用深 水半 潜式 钻井 平 台主要 是在美 国墨西 哥 湾 、 巴西 、 北 海 、 西 非 、 澳 大利 亚 和 墨西 哥 海 域作 业 。 为适 应 向深 水 和深 井 找油 的需 求 ， 近 年 来 运 用综 合 高科技 ， 国外设 计建造 了工作 水 深 超过 3 8 1 0 I n 1 2 5 0 0 f t 、 钻深 达到 1 2 1 9 0 H I 4 0 0 0 0 f t 、 钻 机绞 车 功 率 增至 5 2 9 2 k W 7 2 0 0 h p 的第 6代 海上 半潜式 钻 井 平 台 。 第 6代半 潜式 钻 井平 台 的作 业 水 深 已达 2 5 5 0 ～ 3 6 0 0 m， 多 数 为 3 0 4 8 I l l ， 钻 深 大 于 9 1 4 4 i n 3 0 0 0 0 f t ， 采 用动 力 定 位 ， 船 体 结 构 更 为优 化 ， 可 变 载荷更 大 ， 配备 自动排 管 等高效 作业设 备 ， 能适应 极其 恶 劣的海 洋环境 。第 6代 平 台 比以前 钻井 平 台 更先 进 的设计 在 于采 用 了双 井 口作 业 方 式 ， 即该 平 台钻 机具 有双 井架 、 双井 口 、 双提升 系统 等 。主井 口 用 于正 常的钻 进工作 ， 辅 助井 口主要 完成 组装 、 拆 卸 钻杆 及下放 、 回收水 下器 具等离 线作 业 ， 虽 然平 台 的 投资 有所增 加 ， 但是 对 于 深 海 钻井 作 业 效 率 的提 高 是显 著 的。据 相关 资 料介 绍 ， 双井 口钻 井 作业 在 不 同 的作 业 工 况 下 可 以 节省 2 1 ％ ～7 0 ％ 的时 间 。随 着作业 水深 的逐 渐 加 大 ， 半 潜式 钻 井 平 台 钻机 能 力 也逐 渐加大 ， 需 要 的绞 车 、 泥浆泵 、 顶 驱 、 转 盘能力 均 相应 提高 。 目前 ， 半 潜 式 钻 井平 台顶 驱 以美 国 国民 油井 V a r e o 公 司 、 加 拿 大 C a n r i g以及 Ma t i m e H y d r a u l i e s 公 司 的产 品 为 主 ， 仅 就 技 术 和 使 用 情 况 来 说 ， V a r e o 公 司一 直 处 于 行 业 的领 先 地 位 ， 泥 浆 泵 主 要 生 产 厂 家 为 N O V、 Wi r t h 、 L e w e o ， 绞 车 主要 生 产 厂 家 为 NOV、 Ems c o、 Wi r t h 。 2 0 0 9 ． 0 4 ， 中国海洋石 油 总公 司投 资 建 造 的我 国 首 座 3 0 0 0 I T I 超深水 的第 6代 半潜 式钻 井 平 台在 上 海 外高 桥船 厂 进 坞 铺 底 ， 该 平 台 预计 2 0 1 0 1 0建 造 完 成 ， 作 为 中国人 走 向深海 的利 器 ， 可 以极 大地提 升 中国在 深水油 气 田勘 探 开 发 的 能力 ， 加快 我 国南 海 深水 油 气资 源勘探 开发 的步 伐 。 1 ． 3发 展趋 势 a 工 作 水深 显 著 增 加 2 0 0 2年末 现 有 和 在 建 的 1 7 5艘 半 潜式平 台中 ， 3 1艘工 作水 深超 过1 8 2 9 1T I 6 0 0 0 f t ， 1 6艘 工作水 深 超过 2 2 8 6 i n 7 5 0 0 f t ， 其 中 I H I R B F E x p l o r a t i o n 、 D e e p w a t e r Ho r i z o n 、 E i r i k R a u d e B i n g o 9 0 0 0系 列 工 作 水 深 达 3 0 4 8 i n 1 0 0 0 0 f t 。未 来 2 0 a内 ， 工作 水 深 达 4 0 0 0～5 0 0 0 i n 的半 潜 式平 台有望 出现 。 b 适 应 更 恶 劣 海 域 半 潜 式 平 台仅 少 数 立 柱 暴露 在波浪 环境 中 ， 抗 风暴 能力 强 ， 稳 定性 等安 全 性 能 良好 。大 部分 深海 半潜 式平 台能生 存 于百年一 遇 的 海 况 条 件 ， 适 应 风 速 达 1 0 0～1 2 0 k n ， 波 高 达 1 6～ 3 2 m， 流 速达 2～ 4 k n 。随着 动力配 置能力 的增 大 和动力 定位 技术 的新 发 展 ， 半 潜式 平 台进 一 步适 应更 深海 域 的恶劣 海 况 ， 甚 至 可 望 达 全球 全 天候 的 工作 能力 。 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 0年 5月 c 可变 载 荷 增 大 采用 先进 的材 料 和 优 良 的设计 ， 半潜式 平 台 自重相对 减轻 ， 可 变载荷 不断增 大 ， 以适 应更大 的工作 水 深 和钻 深 。平 台可 变 载荷 与总排 水量 的比值 ， 南 海 2号为 0 ． 1 2 7 ， S e d c o 6 0 2型 为 0 ． 1 5 ， D S S 2 0型 为 0 ． 1 7 5 ， 新 型 半 潜 平 台 将 超 过 0 ． 2 。甲板可变 载 荷 包 含 立 柱 内 将 达 万 吨 ， 平 台 自持能 力增强 。同 时 甲板 空 间增 大 ， 钻 井 等作 业 安 全可靠性提高。 d 外形 结 构 简 化 半 潜 式平 台外 形 结 构 趋 于简化 ， 立 柱和撑 杆节点 的型式 简化 、 数 目减少 。立 柱从早期 的 8立柱 、 6立 柱 、 5立柱 等发展 为 6立 柱 、 4立柱 ， 现 多为 圆立 柱 或 者 圆角 方 立 柱 。斜 撑 数 目 从 1 4～ 2 0根大幅降低 ， 甚至减为 2～ 4根横撑 ， 并最 终取 消各种形 式 的撑 杆和节 点 。下 浮体趋 向采用简 单箱 形 ， 平 台甲板主体 也为规 则箱形结 构 ， 且 甲板结 构 出现层 高 1 2 m 的双层底 。 e 采 用 高 强 度 钢 采 用 强 度 高 、 韧 性 好 、 可 焊性好 的高强 度和甚 高 强 度钢 ， 以减 轻平 台钢结 构 自重， 提高可变载荷与平台钢结构 自重 比， 提高总排 水 量与平 台钢结 构 自重 比。例 如 ， 平 台总排 水 量 与 钢结 构 自重 的 比值 ， D S S 2 0型为 2 ． 8 2 ， P E T R O B A S X Ⅷ为 3 ． 6 ， 新型半 潜平 台将 超过 4 ． 0 。 f 装 备先进 化深 海半潜式 平 台装 备 了新一 代 的钻井设 备 、 动 力 定 位 设 备 和 电力 设 备 ， 监 测 报 警 、 救生消防 、 通 讯联 络等设 备及辅助 设施 和居住条 件也 在增强 与改善 ， 平 台钻井 作 业 的 自动化 、 效 率 、 安全性 和舒适性 等都有 显著提 高 。 2 深水钻井船 钻 井 船是 移动 式 钻 井 装 置 中 机动 性 最 好 的一 种 ， 如图 2 。其 移 动灵 活 ， 停 泊 简 单 ， 适 用 水 深 范 围 大 ， 特别适 于深海水 域 的钻井 作 业 。钻 井 船 主要 由船体 和定位设 备 2部 分组成 。船体 用于安装 钻井 和航行 动力设备 ， 并 为工 作 人 员提 供 工作 和 生 活场 所 。在钻 井船上设 有升沉 补偿装 置 、 减摇 设备 、 自动 动力定位 系统等 多种措施 来保持 船体定 位 。 自动动 力定位是 目前较 先进 的一种 保 持船 位 的 方法 ， 可 直 接 采用推进 器及 时 调 整船 位 。全球 现 有 4 5艘 钻 井 船 ， 其中额定作业水深超过 5 0 0 m的深水钻井船有 4 0艘 ， 占总 数的 8 8 ． 9 ％ 。 钻 井 船 主要活 跃 在 巴西海 域 、 美 国墨 西哥 湾和 西非 海 域 。2 0 0 6 ． 0 7， 正 在 钻 井 的 2 6艘 深 水钻 井 船 分布在 8个 国家 。其 中巴西 8艘 ， 占 1 ／ 3 ； 其 次是 美 国 ， 有 6艘 ； 安哥 拉 、 印度 和尼 日利亚 分 别有 4艘 、 3 艘和 2艘 ； 中国、 马来西亚和挪威各 1 艘。 图 2深 水 钻井 船 当前世界上大型、 先进的石油钻井船 中具有代 表性 的有 a 由西班牙 A s t a n o船厂 于 2 0 0 0年建成 的 D i s c o v e r e r S p i r i t 号钻 井船 。该船 配备钻 井双作 业 系 统 ， 钻 井工作 水深 为 3 0 4 8 m 1 0 0 0 0 f t ， 钻 井 深度 为 1 0 6 6 8 m 3 5 0 0 0 f t 。另 外 ， T r a n s o c e a n公 司 的 D i s c o v e r e r E n t e r p r i s e 和 D i s c o v e r e r D e e p S e a s 均 配备 钻井双作业系统 ， 配有双套 E m s c o E H V 5 0 0 0 h p钻 机 ， 钻 深 1 0 6 6 8 m 3 5 0 0 0 f t ， 其 工作 水 深 分 别 为 2 5 9 0 I n 8 5 0 0 f t 和 2 4 3 8 m 8 0 0 0 f1 ， 后均升级 至 3 0 4 8 m 1 0 0 0 0 f1 。 b 由韩 国三星船 厂 于 2 0 0 0 ． 0 3建 成的 B e l f o r d D o l p h i n号 ， 船 长 2 0 1 m 6 6 0 f t ， 宽 4 0 n l 1 3 1 f t ， 型 深 1 9 ． 5 m 6 4 f t ； 工作水 深 3 0 4 8 m 1 0 0 0 0 f t ， 钻 深 1 1 2 7 8 m； 可变载荷 2 2 6 8 0 0 k N， 2 5 0 0 0 s t ； 钻 机主绞 车为 H i t e c 4 8 5 1 k w 6 6 0 0 h p 。 c G L O M A R C R ． L U I G S号钻井 船 。其工 作水 深 为 3 6 5 8 m 1 2 0 0 0 f t ， 钻 深 为 1 0 6 6 8 m 3 5 0 0 0 f t 。 今后钻 井船 的主要发 展特点 是 a 设 计 工 作 水 深 将 明 显 增 加 ， 预 计 在 未 来 2 0 a 内 ， 钻 井 船 的 目标 水 深 将 达 4 0 0 0～5 0 0 0 m 1 3 l 2 0～1 6 4 0 0 f t 。 b 装备先进的、 高精度的大功率动力定位系 统 DP S 一 3 。 c 装 备大功 率超 深 井钻 机 ， 目标 钻 井 深度 在 1 0 6 6 8 m 3 5 0 0 0 f t 以上。预计在未来 2 0 a内， 钻 井 船 的钻井 深度 能力将 突破 1 5 0 0 0 m。 d 采 用甚 高 强 度 钢 和 优 良的船 型 及 结 构设 计 ， 将 总排 水量与船 总用钢 量 的比值 进一 步提高 ； 船 具有 良好 的安全性 、 抗风 暴 能力 ， 全球 、 全 天候 的工 第 3 9卷第 5期 赵洪 山， 等 深水海洋石 油钻井装备发 展现状 作能力 和 自持能 力长 。 3深水平 台钻机 目前 ， 深水 平 台钻 机 的作 业 水 深 已达 3 6 5 8 m 1 2 0 0 0 f t ， 最 大钻深 1 2 1 9 2 13 1 4 0 0 0 0 f t 。随着海 洋石 油作业 深度 的 加 大 ， 深水 平 台钻 机 的 配 置也 不 断提高。T r a n s o c e a n海洋钻探公司根据其丰富的海 洋钻井 经 验 ， 于 2 0世 纪 9 0年 代 提 出一 个 井 架 内配 备 2个 钻井 系统 的理 念 ， 后 来 发 展 成 双 井 架 钻井 技 术 。近 年来 ， 双 井架钻 机技 术 日趋 完 善 ， 在 超深 水钻 井 中体 现 了其 高效 性 ， 目前 在 建 的 平 台 和 钻井 船 大 多 都采用 双井 架钻 机技 术 。 从 目前 超 深 水 钻井 平 台 来看 ， 双井 架 的形 式 主 要 有 2种 ， 即塔形 和 A形井 架 。塔 形 双 井架 使 用 的是 电驱钻机 系统 ， A形 双 井 架 使 用 的是 全 液 压 驱 动 的钻 机系统 。 3 ． 1 A形双 井架钻 机 A形双井 架 钻机 即全 液 压 双 井 架 钻 机 ， 主 要 生 产 商是 致 力 于液 压 钻 机 发 展 的 Ma r i t i me H y d r a u l i c s 公 司 。这种 无 绞 车 、 液 缸 升 降 型 钻 机 于 1 9 9 6年 开 发 ， 研 制 出 的 R a m R i g钻机 已基本 形 成系列 ， 大 钩载 荷 1 5 0 0～1 0 0 0 0 k N 。全 液 压驱 动双 井架 钻 机首 先 在 We s t N a v i o n钻井 船上 配备使 用 ， 钻井 船工 作水 深 2 4 3 8 m、 钻 深 1 0 0 6 0 m。经 过这 些 年 的发 展 ， 全 液 压驱 动双 钻机技 术 已经成 熟 ， 在超 深 水 半 潜 式 钻井 平 台和钻井 船 上有相 当数 量 的钻 机 安 装使 用 。 图 3 为 A形 双井 架平 台 。 图 3 We s t P h o e n i x A形双井架平 台 与 常规钻 机 相 比 ， R a m R i g液 压 钻 机 绞 车 和 提 升 系统 方 案 简单 、 结 构 紧凑 、 体 积 小 、 质 量 轻 、 成 本 低 、 技 术 经济指 标先 进 ； 可完 成钻井 、 起下 钻 、 下 套管 或修 井 等作业 ， 动力 消 耗较 小 。现场 试 验 和 钻井 实 践表 明 ， R a m R i g 钻 机可提 高钻 井效率 1 5 ％ ～ 2 0 ％ ； 省去 庞大 的绞 车和 钻 柱 运 动 补偿 器 ， 大 大 降低 了钻 机质 量 和 制 造 成 本 ；可 与 全 液 压 顶 部 驱 动 、铁 钻 工 、 自动排 放 钻具 、液压 机械 手 和天车 型液压 钻柱 运动 补偿 器组 合 ，完 成 全部钻 井工 艺过程 的 自动化 操作 。 目前 使用 A 形 双 井 架 的平 台和 钻 井 船 服 役 的 有 1 1座 ， 在建 的有 l 2座 。 3 ． 2塔形 双井 架钻机 T r a n s o c e a n公 司 主要 采 用 塔 形 双 井 架 ， 1 9 9 8年 在堪 称世 界最 先 进 、 最 大 的钻井 船 D i s c o v e r e r E n t e r ． p r i s e 上 首先 配 备 了塔 形 双 井架 。该 船 外 形 尺 寸 为 2 5 4 ． 5 m 3 8 ． 1 m 1 8 ． 9 m 长 宽 高 ， 可 变 载 荷 1 ． 9 61 0 k N， 设 计 作 业 水 深 3 0 4 8 m， 钻 深 1 0 6 6 8 m。船 上 配 备 的 双 井 架 高 6 8 ． 9 m、 长 2 4 ． 4 m、 宽 2 4 ． 4 m， 采 用 2套 同类 型 钻 机 和相 应 设备 ， 以 及 4台驱动 功率 1 ． 6 4 MW 的 N a t l 1 4 一 P ． 2 2 0型 钻 井 泵 ， 钻 井 船 采 用 最 新 的 D P S 一 9 0 3 D P型 动 力 定 位 系 统 ， 总功 率为 6 5 ． 2 2 Mw。 为 了实 施 双 井架 钻 井 ， 其 主要 的钻 井设 备 为井 架 内配备 的 2套 钻 机 系统 ， 主 钻 机 大 钩 载 荷 8 8 9 4 k N， 辅助 钻机 3 9 6 2 k N； 还 有 2套 管子输 送装 置及管 子处 理装 置 。图 4为塔形 双井 架平 台 。 图 4塔 形 双 井架 平 台 目前使 用 塔形 双井架 的钴 机 和钻井 平 台服役 的 有 9座 ， 在 建 的有 1 9座 。 3 ． 3双 井架钻 机钻 井过 程 现 以 D i s c o v e r e r E n t e r p r i s e钻井船 为 例说 明双井 架 钻井 如何 实施 作业 。钻井 船 上有 2个 独立 的钻 井 中心 ， 分为 前后 2个作 业 区。主钻 机 为前作业 区 ， 辅 7 2 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 0年 5月 助 钻机为后作 业 区。 由于井深 、 地层结 构复杂 和油层压 力大 ， 油井应 该有导管 、 表层套 管 、 技术 套管 和油层套 管 4层 。双 井架钻机进行单井钻井作业的基本步骤如下 a 钻井船 就位 ， 钻 前准备 ， 主钻 机下井 口盘 。 b 辅 助钻机 钻进 ， 完成 井 口导 管段 。 c 辅助钻 机下 导管 。 d 主 钻 机 处 进 行 隔 水 管 柱 组 装 。 与 步 骤 b 、 C 同时进 行 ， 并 与步骤 c 同时完成 。 e 钻井船移位 ， 使主钻机位于井 口上方， 安 装 隔水 管 。 f 主钻机钻 表层 ， 同时辅助 钻机进 行钻杆／ 套 管立根 和底部钻 具总成组 装 ， 为 主钻机做 准备 。 g 主钻 机 下 表 层 套 管 、 固 井 ， 同 时 辅 助 钻 机 进行 B O P的安装 测试 ， 并 下放 。 h 钻井船移 回 ， 使辅助 钻机位 于井 口上方 ， 安 装 B O P ， 然后 钻 井 船 移 回 ， 完 成 隔 水 管 和 B O P的 连 接 。 i 主钻机 钻 技术 套 管 段 ， 辅 助钻 机 作业 同步 骤 f 。 J 主钻 机下技术 套管 、 固井 。 k 主钻 机钻 油 层 、 下 油 层 套 管 ， 辅 助 钻 机 完 成采 油树安装 测试并 下放 。 1 安装 采油树 ， 完井 、 试 油 。 以上所 述 步骤 只是 典 型 的钻井 过程 ， 具 体 钻井 过程 可根据实 际情况 而定 。 3 ． 4特点 分析 由以上 钻井 过程 可 知 ， 双井架 钻 机具 有 协 同和 并 行作业 的特点 。在 深 海钻 井作 业 过 程 中 ， 大部 分 时间是用 于组装 、 拆 卸钻杆及 下放 、 回收水 下器具 等 作业 。通过双联井架并结合 2套提升系统、 旋转系 统 以及钻井液循 环 系统 ， 可实 现主 、 辅 双井 口作 业方 式 ， 将 一些准备 工作 与正常钻 井 同步进 行 ， 大 大提高 钻井效率。虽然双联井架系统增加了深水钻机的成 本 ， 但是其对钻井效率的提高是非常显著的。例如， 美 国双联 井架钻 井船 D i s c o v e r S p i r i t 在 A c o n c a g u a海 洋气 田钻探 时大约 节省 了 2 5 ％ 的作业 时 间 ， 为钻井 公 司创造 了巨额利 润 。 目前 ， 双联 井 架技 术 已成 为 新 型高性能深水 钻机 的典型标 志 。 4深水钻井隔水管 钻井 隔 水管 作 为井 口与 平 台之 间 的重要 部件 ， 其主要功能是隔离海水 、 引导钻具 、 循环钻井液、 起 下 海底防 喷器组 、 系附压井 、 放喷 、 增压管线 、 补偿钻 井 船 的升沉 运动 等 ， 在勘 探和钻 采平 台 、 浮式钻井船 上 得到 了广 泛应用 。 目前 ， 已经有 几家 公 司开 发 出 了新 型 的深 水钻 井 隔水 管 。 a A B B V e t c o g r a y 公 司 该 公 司开 发 的快速 连接隔水管 ， 采用的是 MR - 6 E隔水管接头及专用液 压 上 紧装 置 ， 使得 操作人 员不需 要手动对 接 ， 就 能上 扣 及夹 紧隔 水 管 ， 故 能 够 实 现 快 速 对 接 、 上 扣 及 夹 紧 ， 显著提 高 了下 隔 水 管 的速 度 ， 提高 了钻井 效率 ， 节约了钻井成本。由于隔水管材料采用的是轻质合 金 ， 因此不需 要提 高现有钻 井船 的承载能力 ， 就能在 更深 的水域进 行作业 。 b 俄 罗 斯 Z A O公 司 该 公 司采 用 铝 合 金 主要成分 为 A l Z nM g和 A l Z nMgC u 作 为隔水 管材料 ， 在满足 强度要求 的条件 下 ， 铝合金 隔 水管比钢制隔水管更轻 ， 在平台承载能力保持不变 的情 况下 ， 能够在更 大水 深的海 域钻 井 。但 是 ， Z A O 公 司隔水管 采用 的是法 兰连接 ， 下 隔水管 时效低 ， 不 能有 效提 高钻井效 率 。 c 法 国 I F P和 F r a ma t o m e公 司 从 2 0世 纪 8 0年 代起 ， 法 国石 油研 究 院 I F P 和 F r a ma t o me公 司就在 开发 C L I P隔水 管 。开 发 C L I P隔水管 的主要 目的是为了提供快速和安全连接的隔水管接头， 满 足大直径 、 超深水钻井所需的高压力压井和节流管 线 的连 接 需要 。 目前 ， 已经 为 P r i d e I n t e r n a t i o n a l 公 司制 造 了 2套 系 统 ， P r i d e I n t e r n a t i o n a l 公 司 已经 在 P r i d e A f r i c a 和 P r i d e A n g o l a钻井船 上使用 。 C L I P隔水管 的 主要 特 点 是 隔 水 管 接头 可 快 速 上扣 ， 不需要螺栓、 螺纹或预加载操作， 能够显著提 高下隔水 管效率 ， 缩短钻 井时 问 ， 节约钻 井成本 。 d C a m e r o n公 司 该 公 司 开 发 的 L o a d K i n g 型法 兰隔水 管 系统 属于传统 的钢制 法兰式 连接 隔水 管 系统 。由于采用 法 兰式 连 接 ， 隔 水管 系统 连 接 强 度大 ， 所 以主要用来满 足水深 在 3 0 4 8 m 1 0 0 0 0 f t 或 以上 的超深 水钻井 的需求 。该系统 包括钻井 隔水 管、 张力环以及承载 1 8 1 4 4 k N 41 0 。 l b 载荷等 级的伸缩接头锁紧系统。该系统可以和最高载荷等 级 的工业应 用 的卡盘 、 万 向节 和送 入工具 配套使用 。 e 各 家公 司 隔水 管对 比 以上 几家 公 司 生 产 的深水钻 井隔水 管系统在 设计 、 规格 、 材 料以及其 他方 面都有 诸 多不 同 ， 对 比如 表 1 。从 表 1中 可 以 看出 ， A B B V e t c o g r a y公 司的隔水 管在 主要性 能 上均 优于其他公司隔水管， 这也代表了未来隔水管技术 的发展 方向 。 第 3 9卷 第 5期 赵洪 山 ， 等 深水 海洋石油钻井装备发展现状 7 3 5深水钻井防喷器 系统 深 水 防 喷 器 组 是 深 水 钻 井 作 业 安 全 的 重 要 保 障 ， 由于深 水钻 井作 业环 境 的特殊性 和 复杂性 ， 深 水 防喷 器组 的配置 考虑 因素 和性 能要 求与 陆地 和浅 水 防喷 器组 相 比有 很 大不 同。 深水 井 钻 井 作 业 一 般 使 用 第 5代 钻 井 平 台 船 、 常规 隔水 管 和 水 下 防 喷 器 系 统 ， 作 业 费 用 昂 贵 。2 0世 纪 9 0年代 末 ， 业 界 提 出使 用 水 上 防 喷 器 S B O P 、 小 直径 高压 隔水管 和水 下 断开 系统进 行 深 水钻井 作业 。由于小 直径 高压 隔水 管质 量和体 积 都 大大 减小 ， 降低 了对 钻井平 台性 能 的要求 ， 这 就可 以 用第 3或第 4代 钻 井平 台作 业 ， 其 作 业 日费 可 降低 5 0 ％ ～ 6 0 ％ 。 国外 采用 S B O P技 术 完成 了某 些 深水 井 的钻 井作 业 ， 并 对 其 设 备 制 造 规 范 、 风 险管 理 、 井 控等 方面 进行 了研究 。 5 ． 1深水水 上 防喷器 系统 S B O P最 初 主要 应 用 于 浅 水 ， 隔 水 管 直 接 下 人 泥线 以下 ， 并 作 为 井 的 表 层 套 管 。 当 S B O P技 术 应 用于深 水钻 井作 业 时 ， 由于深水 海洋 环境 比较 恶劣 ， 且发生 浅层 气 的危 险较 大 ， 必 须 在 水 下 井 口以 上加 入水下 断 开系统 S D S 。S D S一 般 由应 急 脱 开 装 置 和 2个 剪切 闸板 防 喷 器组 成 ， 以便 在 紧急 情 况 下切 断钻杆 并 封井 ， 然后 脱 开 与 隔水 管 的连接 。之 所 以 采用 2个 剪 切 闸板 防 喷器 ， 主要 是 保 证 在 封 井 时 总 有 2个 防 喷器可 以不 受钻杆 接 头 的影 响 。 与常 规 隔水 管 系 统 相 比 ， S B O P系统 具 有 如 下 优点 ， 这些 因素 都能 缩短钻 井周 期 。 a 其 小