ASDD深水钻井装置的研制与试验.pdf

2 0 1 0年 第 3 9卷 第 2期第 1 9页 石 油 矿 o I L FI ELD 场 机 械 EQUI P ME NT 2 O 1 0， 3 9 2 1 9 ～ 2 2 文 章 编 号 1 0 01 3 4 82 2 01 0 0 2 0 01 9 - 0 4 A S D D深水钻井装置的研制与试验 郭永峰 ， 纪少君 ， 唐 长全 中海油 田服务股份有限公司 ， 北京 1 0 1 1 4 9 摘要 从 2 0 0 4 0 6开始 ， C O S L 中海油田服务公 司 与挪威一个深水公 司合作进行 AS D D， 即， 浮筒 式深水钻井装置的研制， 其 目的是在距 离水面 2 5 0 m 左右的水中安装 井口和 B OP ， 将我 国现有的 半潜式钻 井平 台的作 业水 深 由 目前 的 4 5 7 m 提 高到 1 5 0 0 m 左 右 。在 项 目进 行 过 程 中， C 0S L进 行 了大量 的理论研 究与试验 论证 工作 ， 先后 在 国内外进行 了 9项专题研 究， 包括 一 系列 计算机模 拟 与水中模拟试验 ， 取得 了大量研究数据 ； 并于 2 0 0 9 0 4在 中国南海海域进行 4 7 6 m 水深的试验井钻 井作 业 ， 获得 了预 期 效果 。 关键 词 深水 钻 井； 半潜 式钻 井平 台； B O P； 浮筒 ； AS D D 中图分 类号 T E 9 5 1 文献标 识码 A De v e l o p me nt o f AS DD De e p wa t e r Dr i l l i ng De v i c e a n d i t s Te s t GUO Yo n g f e n g ，J I S h a o j u n ，TANG Ch a n g q u a n C h i n a Oi l fi e l d S e r v i c e s Li mi t e d，Be i j i n g 1 0 1 1 4 9， C h i n a Ab s t r a c t A f a c t t h a t t h e p r o j e c t o f AS DD h a d d e v e l o p e d b o t h COS L a n d a c o mp a n y f r o m No r wa y i s d e s c r i b e d，wh i c h i s a b o ut a ne w d e vi c e o f d e e p wa t e r d r i l l i n g．The pu r po s e i s t o i ns t a l l d e e p wa t e r BOP 25 0 me t e r s be n e a t h t he wa t e r l e v e l t hu s t o s t r e n gt h c a pa bi l i t y o f t he s e mi s ub m e r s i b l e o f t h e o p e r a t i o n f r o m 4 5 7 m t o 1 5 0 0 m u n d e r s e a s u r f a c e ．Du r i n g t h e i mp l e me n t a t i o n o f t h e p r o j e c t ， COS L h a d d on e a 1 Ot o f r e s e a r c he s a nd e x pe r i e nc e s be t we e n l a bs a n d p o o l s f or d e mo ns t r a t i o n o f t h e n e w d e v i c e i n t h e d e e p wa t e r d r i l l i n g，i n c l u d i n g t o n o t o n l y t r i a l i n t h e wa t e r b u t a l s o s i mu l a t i o n b y c ompu t e r s ． The r e we r e 9 t e s t s ha d b e e n ma de bo t h d ome s t i c a n d a br o a d a nd muc h d a t a ha d b e e n a c q ui r e d by t he s e e xp e r i e nc e s ． La s t ，t h e t r i a l we l l h a d be e n o pe r a t e d by COS L i n S ou t h Chi na Se a i n A p r i l of 2 0 0 9 a n d i t ma d e s uc c e s s a c c o r di n g t o pl a n ． Ke y wo r d s d e e pwa t e r dr i l l i n g，s e m i s ub m e r s i b l e，BOP，bu o y a nc y，ASDD 深水钻 井是 国际海 洋 石 油界 的新 兴 市场 ， 其 蕴 藏着较高的技术含量 。迄今为止， 国际上能够从事 海 洋深海钻 井 的国家 只 有 4 ～ 5个 ， 主 要有 美 国 、 英 国、 挪威 、 巴西等 国 。深海钻 井不仅 需要 高超 的海洋 钻井 技术与 工艺 ， 还 需 要 巨额 资 金 支 持 。井 深相 同 时 ， 深水 钻井 作业 总 费用 比陆地 钻井 作业 总 费用 高 1 0 0倍 ， 比海洋浅海作业总费用高 1 O倍 。 国际上 ， 通常将超过 5 0 0 m 水深 的海域称 为深 海或深 水 ； 而 超过 1 5 0 0 m 水 深 的海域 称 为超 深 海 或超深水。海洋油田的深海钻井能力代表了一个国 家或公司的海洋石油作业 能力 ， 也囊括了海上石油 钻 井 的大多数 先进 技术 与作业 工艺 。为 了发展海 洋 深 水钻 井技 术 ， C O S L C h i n a O i l f i e l d S e r v i c e s L i m i t e d ， 中海 油 田服务 股份有 限公 司 自 2 0 0 4 0 6开始 ， 与挪威一家公 司一起研制一种新型 的深水钻井装 置 AS DD Ar t i f i c i a l S e a b e d De e p wa t e r Dr i l l 一 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 0 2 作者简介 郭永峰 1 9 5 5 ～ ， 男 ， 甘肃通 渭人 ， 高级 工程 师 ， 工学 硕士 ， 从 事深水 钻井 研究 与作业 管 理 ， E - ma i l g u o y o n g f c o s 1 ． c o rn． c n。 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 0 年 2月 i n g ， 人工海底或称浮筒式深水钻井 。这是一项世 界 各 国均 没有实 践 过 的新 型 深海 石 油钻 井 技术 ， 目 的是 利用 浮筒式 深水 钻 井技 术 ， 使 我 国 现有 的 半潜 式 钻井 平 台 的作 业 水深 由 目前 的 4 5 7 m 提 高 到 1 5 0 0 m 左 右 。继 中 国 C O S I 之 后 ， B P 英 国 国家 石 油公 司 ， 英 国 Ac e r g y公 司 ， 日本 国家石 油 公 司 ， 分 别进行与 AS D D原理相似的深海技术开发 ， 并取得 一 定进展 。 1 A S D D的基本原理 在 以前 的深 水钻井 中 ， 需要 将井 口与 B OP安装 在海底 ， 这样操作与调试都不方便； 而且将井口设备 安装在海床上， 由于深海的海底压力很大， 各种装置 与仪器、 仪表都要制造得很结实笨重才能使用， 这就 更增加了深水钻井设备的制造成本。 AS D D深水钻 井概 念 是 1 9 9 4年 由一 位 挪威 石 油工程师 提 出的 。其基本 原理 是试 图简化 深水钻井 过程 ， 改善 深水钻 井作业 条件 ， 完 善深水 钻井 设备结 构 ， 总的思路是尽量用“ 浅海” 钻井 的方法与装备进 行深水钻井u ] 。 AS DD深海钻 井技术 本质上 是一种 深海钻 井 中 的“ 水 中 B O P 防 喷器 安 装 方 式” ， 亦 为 Ne a r S u r f a c e B O P 近海 面 B O P ； 其相对于海床 B OP S u b s e a B O P ， 水 面 B O P S u r f a c e B OP 安装 方 式 的一 种新 型 的 B OP安装 方法 ， 如 图 1 。 图 1 椿 海 钻 井 几 种 B OP 防 喷器 的安 装 形 式 C OS L进行 A S D D装置研发的主要 目的是配合 C OS L自身拥有的第 3代半潜式钻井平 台， 将这种 钻井平台的作业能力 由作业水深为 4 5 7 m扩展到 1 5 0 0 m。在进行深海作业 时， AS D D装置 的浮筒的 安装位置通常在水面以下 2 5 0 ml 2 ] 。C O S L研制的 AS D D装 置 的外 形 如 图 2 ， 图 中有 一 个 放 大 的 A S D D浮筒 ， 以及一条半潜式钻井平台与 AS DD浮筒 联合作业情形 。AS D D装置的浮筒的高度为 1 0 m， 直径 0 2 0 m， 总质量为 4 0 5 t ， 内部分为 1 0个舱室 ， 可以通过安装在钻井平台的大型空气压缩机对各个 舱室进行充气或排气 ， 以使浮筒承受 B O P及其下部 的立管 的重力 。 图 2 COS I 研 制 的 AS DD装 置 的外 形 及 作 业情 况 由 AS DD装置 等组 成 的深 水 钻 井 系统 如 图 3 。 其 中 ， AS D D装置 的控 制 部 分 主要 包括 水 下 控制 单 元 ， MQC 快 速接 头 ， 脐 带 及 绞 车 ， 动力 源 ， 以及作 为控制中心的计算机 。AS DD控制台对各受控器件 有 3种控 制方式 【 。 3 2 1 - - 海底联接器 ； 2 回接管接头 ； 3 ～ 回接管 ； 4 ⋯上部应力接头 ； 5 压载 阀f 1； 6 - - B O P 防喷器 ； 7 一柔性接头 ； 8 -- 隔水管 ； 9 - -空气压缩机 ； 1 O A s D D控制 台； 1 1 控制管缆 ； 1 2 泡沫浮体 ； 1 3 浮筒 ； 1 4 表层套管 ； 1 5 技术套管 图 3 由 AS D D装置等组成的深水钻井 系统 第 3 9 卷第 2期 郭永峰 ， 等 AS D D深水钻井装置的研制与试验 a 无线控 制 通 过空 气 中的无线 电波进 行控 制 ， 主要是 应 用 于 AS DD浮 筒 水 面 拖航 ， 以及 浮筒 潜入 5 r n以内水深时， 对各种执行器件进行控制 。 b 有线控制 主要是通过控制管缆， 对于各 种 执行器 件进行 控制 ； 可用 于水 面 ， 也 可用 于水 下 。 c 声纳控制 通过水中超声波控制各种执行 器件 ， 只能 用于水 下场 合 。 2 模拟试 验结果 C OS L从 2 0 0 4 0 7起 ， 独 立 进 行 了 了 9项 专 题 研究 ， 包括 一系列 计算机模 拟 与水 中模 拟试 验 ， 取 得 了大量研 究数 据 。 在 挪威 理 工 大 学 的 Ma r i n e T a k海 洋工 程 实 验 室进行 了 AS D D装 置模拟 试验 ， 如 图 4 ； 在 云南 昆 明 抚仙湖 1 4 0 r n水深 的 AS D D装置的深水钻井装置 模 拟试 验 ， 如 图 5 ； 在 上 海 交 通 大 学 5 m 深 水 池 的 AS D D装置模 拟 试验 。通 过 这 些研 究 与模 拟 ， 初 步 证 实 了 AS DD装 置 的 可行 性 和在 深 海 作 业 中 的基 本 安全性 ； 并在 3个技 术 与 工 艺方 面 取得 D NV 挪 威船 级社 的技术 认证 l 3 ] 。 图 4 AS D D装置在挪威 Ma r i n t e k海洋工程 实验室进行模拟试验 图 5 AS D D装置在昆 明抚仙湖 进行 1 4 0 m 水深模拟试验 3 海上钻井试 验 2 0 0 9 0 3 2 8 一O 4 2 7 ， c O S L在 中国海南 岛以东 约 2 5 0 k m， 水深 4 7 6 1 T I 的 海域 ， 成 功 进 行 了世 界 上 第 1口 AS D D深水 钻井 方式 的试验 井 作业 ， 完 成 了 全 部计 划 内容 ， 取得 了预 期效果 。 C OS L在这次 试 验 井 作业 中 ， 起 用 了 我 国 目前 最大 的半潜 式钻 井 平 台， 南 海 5号 ， 其 排水 量 为 2 ． 5万 t ， 也 是 亚 洲 最 大 的钻 井 平 台之 一 ， 启 用 了 3 条在 我 国首屈 一指 的大 型拖 轮南 海 2 1 2号 、 2 1 3号 、 2 1 6号 ， 其单船功率7 3 5 0 k W， 如 图 6 。此外 ， 还 需各种生产与生活保障船， 例如钻井平台护卫船 ， 地 质勘 查船 ， 定 位船 等 ； 并从 国外 临时租 赁 了 2台 7 3 ． 5 k W 的 RO V 水 下 机 器人 ； 还 有其 他 设施 ， 例 如直升机后勤支持等。 图 6南 海 2 1 2号 、 2 1 3号 、 2 1 6号 拖 轮 在 中 国南 海 深水海域安装 AS D D装置 试验井 作业 过程 为[ 4 ] a 半 潜 式 钻 井 平 台与 大 型 拖 轮 到 达 作 业 海 域 。 b 钻 井平 台完成 9 1 4 ． 4 mm 3 6 英 寸 井 眼钻 进 ， 并 下 7 6 2 mm 3 0英 寸 套 管 ， 固井 。 c 钻 井平 台完成 6 6 0 ． 4 mm 2 6英 寸 井 眼钻 进 ， 并 下 5 0 8 mm 2 0英 寸 套 管 ， 固井 。 d 在 钻井平 台下方 ， 距 离 水 面 2 5 0 I n海 中进 行 AS D D 浮筒 的定 位 。 e 钻 井平 台下 人 海底 井 口联 接 器 ， 通 过 AS D D 浮筒 的 中心 孔 ， 并进 行 5 5 8 ． 8 mm 2 2英 寸 回接 管 回接作业。 f 在 A S D D浮筒上部进行 B O P 防喷器 安装 。 g 从钻井平台下部下入 5 3 3 ． 4 mm 2 1英寸 隔水管 ， 与 B OP联接 。 h 进 行相关 AS D D浮 筒 的性 能试 验 等 ； 包 括 下 入钻杆 ， 进行 常规 钻井 。 2 0 1 0年 第 3 9卷 第 2期第 2 2页 石 油 矿 0I L FI ELD 场 机 械 E QUI P ME NT 2 0 1 0， 3 9 2 2 2 ～2 5 文 章 编 号 1 0 01 3 4 82 2 01 O 0 2 0 0 2 2 0 4 油气井井下节流技术研究与应用 陈 磊 ， 郭 昭学 ， 万 颖。 ， 蒋 维。 ， 刘 云 ， 唐一元。 ， 张 林 1 ． 西南石油大学 研究生院 ， 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 大港油 田公司 井下技术服务公 司测试分公司 ， 天滓 3 0 0 2 8 3 ； 3 ． 川庆钻探工程有限公 司 J I I 东钻探公司 ， 重庆 4 0 0 0 2 1 摘要 高压油气井均需安装油气嘴或针形阀等节流装置， 用来控制油气井产量和井口压力。当气体 通过这 些流通 截 面突然缩 小的孔道 时， 由于局部 阻 力较 大 ， 将产 生压 力 降低 、 比容 增 大、 温度 降低 的 现 象 。当温度 降低到 天然 气的露 点温度 时 ， 气体就 会 结冰 ， 形 成水 合 物 而堵 塞 井 口， 从 而导 致 油气 井停 产 。针对提 高节 流前 天然 气的温度和 天然 气 中加 入抑 制 剂这 2种 解决 办 法的局 限性 ， 开展 了 井下节流技 术 防止水合 物生成 的研制 ， 并在现 场进 行试验 及推 广应 用。 关键 词 高压 ； 气 井； 井下 节流 ； 井 口压 力 ； 油 气嘴 中图分类 号 T E 9 3 l _ 2 0 2 文献 标识码 A De v e l o pme n t a n d Ap p l i c a t i o n o f Do wn h o l e Ch o k e Te c hn i qu e f o r Oi l a n d Ga s W e I l CHEN Le i ， GUO Z h a o x u e ， W AN Yi n g 。 ， J I ANG W e i 。 ， LI U Yu n ， TANG Yi y u a n。 。 ZH ANG I i n 1 ．So ut h we s t Pe t r o l e um Uni v e r s i t y，Ch e n gdu 61 05 0 0，Chi na； 2 ．Do wn ho l e Te c hn o l o gy Te s t i ng Di v i s i o n， Da g a n g Oi l fi e l d S e r v i c e s Co mpa n y， Ti a i n 3 0 0 2 8 3 ， Ch i n a； 3 ．Ea s t S i c h u a n Dr i l l i n g Co mpa n y， S i c h u a n - Ch a n gq i n g Dr i l l i n g En gi n e e r i n g Co mpa n y， C h o n g q i n g 4 0 0 0 2 1 ， C h i n a 0， ～一● ⋯。 ●、 ． 一 0 _‘ 一 ⋯一0 ～‘0 一 ‘ ’● ‘0 、‘～一0 0 i 试验完成后， 以与上述过程相反程序， 进行 行 AS D D商业井作业。 浮筒 的回收 ， 以及 “ 弃 井” 作业 。 4 结 论 1 A S D D深 水钻井 方式可 以用 于在水深 小 于 1 5 0 0 m 的海域作业。 2 AS D D装置 的各部 件 、 仪 器 、 以及 相互 联系 的器件 基本 能满足 1 5 0 0 m 以浅 的海域作 业要求 。 3 目前 为 AS D D装 置深 水 钻 井 而 编制 的各 种作业程序与应急预案， 包括井场勘察程序， 钻井作 业程序 ， 钻井液作业程序， 固井程序 ， 测井程序 ， 锚泊 作业程序 ， 下入水下设备程序 ， 弃井作业程序等， 均 被证实编制合理 ， 执行过程井然有序， 遇到海上环境 与井下的突发情况， 有足够多的相应方案予 以及时 应 急 。 4 C O S L正 在 总结 试 验 井作 业 经 验 ， 改 进 与 维护 As D D作业装备， 准备在中国南海适当海域进 [ 2 ] L 3 ] [ 4 ] De v i c e o f De e p wa t e r Dr i l l i n g b y Bo t h Te s t i n g i n Po ol a n d S i mu l a t i n g b y c o mp u t e r [ c ] ／ ／ P E TR O MI N， K u a l a L u mp u r ， Ma l a y s i a 马来西亚 ， 吉隆坡 ， J u n e 2 0 0 6 ． Gu o Yo n g f e n g，j i S h a o j u n ，Ta n g Ch a n g q u a n ． Ne w De v i c e f or Dr i l l i ng i n De e pwa t e r Und e r Se mi s ub me r s i b l e A B S u n i t [ c] ／ ／S P E 1 0 1 3 4 9 ； Ma g u ，B a n g k o k ， Th a i l a n d 泰国曼谷 ， No v ．2 0 0 6 ． Gu o Yo n g f e n g，j i S h a o j u n，Ta n g Ch a n g q u a n ．Fe a s i bi l i t y o f De e p wa t e r Dr i l l i n g i n S ou t h Chi na S e a by Ap p l y i n g AB S u n i t E C ／ ／I S OP E，L i s b o n ， P o r t u g a l 葡 萄牙里斯本 ， J u l y 2 0 0 7 ． Gu o Yo n g f e n g ，j i S h a u n ．De v e l o p me n t o f Ar t i f i c i a l Se a be d Te c h no l o gy a nd Co ndu c t o f Tr i a l W e l l i n t he S o u t h C h i n a S e a [ c] ／ ／ B e i i i n g ，C h i n a 中 国 北 京 ， J u n e 2 0 0 9 ． 收稿 E l 期 2 0 0 9 0 8 2 1 作者简介 陈磊 1 9 8 2 一 ， 男 ， 北京人 ， 研究 方向为油气井工程 ， E ma i l s k j s s mc 1 6 3 ． c o m。 m n P 叫 Y 考 参__