深水钻井隔水管的应用及其发展.pdf

2 0 0 8 年 第 3 7 卷 第 3 期第 9 6页 石 油 矿 0I L FI ELD 场 机 械 E QUI P ME NT 2 0 0 8， 3 7 3 9 6 ～ 9 8 文 章 编 号 i 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 0 8 0 3 - 0 0 9 6 - 0 3 深水钻井 隔水管的应 用及发展趋势 兰洪波 ， 张玉霖 ， 营志军 ， 许朝辉 中海油 田服务股份有限公司 技术 中心 ， 北 京 0 6 5 2 0 1 摘 要 由于世界 各 国对石 油需 求的 不断增加 ， 陆地 油田和 浅海 油 田的石 油产量 已经 不能 满足人 们的 需求 ， 因此人们 开始 对深 水和超 深水 油 田进 行勘 探 和 开发 。钻 井 隔 水 管是 海上 石 油勘 探 开发 的重 要工具 ， 传统的浅海钻井用隔水管主要是 由套管通过 法兰连接 而成， 而在深水和超深水地区， 由于 洋流、 水深和天然气水合物等因素， 使得传统的浅海钻井隔水管不能满足深水钻井的要求。因此， 国外 开发 出 了几种 新型 的深 水钻 井隔水 管 ， 并 且在 一 些油 田 已经得 到 了应 用 。 主要介 绍 了这 些 隔 水 管的特 点 以及 隔水管技 术发展 趋 势 。 ． 关 键词 深 水 ； 钻 井 ； 隔水管 ； 应 用 中图分类 号 T E 9 5 1 文献 标识 码 B Ap p l i c a t i o n a n d De v e l o p m e n t Tr e n d o f De e p W a t e r Dr i l l i ng Ri s e r LAN Ho n g b o ，Z HANG Yu l i n，J I AN Z h i - j u n，XU Z h a o h u i T e c h ． C e n t e r o f Ch i n a Oi l f i e l d S e r v i c e s Lt d．，B8 i j i n g 0 6 5 2 0 1，C h i n a Ab s t r a c t Be c a us e mor e o i l a nd g a s a r e r e q ui r e d t ha n i t wa s，p e op l e be gi n t o e x pl o r e a nd de ve l o p n e w o i l - fie l d i n d e e p wa t e r a n d u l t r a d e e p wa t e r a r e a ． The d r i l l i n g r i s e r i s t he i m p o r t a nt t o o l i n d r i l l i n g，b ut t h e t r a di t i o na l d r i l l i ng r i s e r i s ma d e u p o f c a s i n g，a n d i t c a n n ot be a pp l i e d t o d e e p wa t e r a nd u l t r a de e p wa t e r d r i l l i n g． So s e ve r a l ne w d e e p wa t e r dr i l l i n g r i s e r s ys t e m s ha v e b e e n s t ud i e d a nd a pp l i e d t o d r i l l t h e de e p wa t e r we l l s ． Fe a t u r e s o f t h e s e s y s t e ms a r e t o r e du c e l oa d o n d r i l l s h i p d e c k a nd r e q ui r e d t e ns i o ni n g c a p a c i t y，o r t o r e du c e unp r od uc t i ve t i me du r i ng t he dr i l l i n g ． Ke y wo r ds d e e p wa t e r ； d r i l l i n g； r i s e r ； a pp l i c a t i o n 在浅海钻 井 中 ， 普通 的套管 可 被应用 为 隔水管 。 在深水钻井中， 传统的隔水管通过法兰进行连接， 为 了减小 隔水管 自身质 量 对 钻井 船 所 造 成 的 负荷 ， 在 隔水管外部还装有浮力块， 浮力块是用塑料等材料 制成， 内部 充 以空 气 。在 隔 水 管 外 部 还 有 直 径 5 0 ． 8 ～ 1 0 1 ． 6 mm 2 ～4英 寸 的 4根 管 柱 ， 这些 管 柱固定在 浮力块 内， 用来操 作下部 海洋 立管 组件 L MR P ， 使用这种传统隔水管结 构所 能达到 的最 大水深约为 2 2 0 0 m 由于深水钻井船 的 日费用很 高， 提高下隔水管的速度便成为提高钻井效率和降 低成本的关键因素之一[ 。 目前 ， 已经有几家公 司开发 出了新 型的深水钻 井隔 水管 ， 如 AB B Ve t c o g r a y公 司开 发 出了快速 连 接隔水管； 俄罗斯 Z AO公司开发 了铝合金隔水管； 法 国 I F P和 F r a ma t o me 公 司开 发 了 C L I P隔水管 。 1 新型隔水 管的特点及应 用∞ 1 ． 1 A B B V e t c o g r a y 公司隔水管 AB B Ve t c o g r a y公司隔水管主要组成部件如图 1所示 。 收稿 日期 2 0 0 7 0 9 2 9 作者简 介 兰洪波 1 9 7 7 一 ， 男 ， 湖北潜江人 ， 工程师 ， 2 0 0 5年毕业于 中国石油大学 北京 油气 井工程专 业 ， 现从 事石油 钻 完井工具研发工作 。 维普资讯 第 3 7 卷 第 3 期 兰洪波 ， 等 深水 钻井隔水管的应用及发展趋势 1 一 导 流 器 ； 2 一 卡 盘／ 刀 向节 ； 3 一 隔 水 管 接 头 ； 4 一 上部柔性接头 ； 5 一 伸缩接头 ； 6 ～ 支撑环 ； 7 ～ 中间柔性接头 ； 8 ～上部接头 ； 9 一隔水管适配 器； 1 o 一单柔性接头 ； 1 1 一 防喷器 连接器 ； 1 2 一井 口连接器 ； 1 3 一 井 口 图 1 A B B Ve t c o g r a y公 司隔水管 主要组成部件 AB B Ve t c o g r a y公 司 开发 的 快速 连 接 隔水 管 ， 采用 的 是 MR 一 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白 勺 - 承载能力 ， 就能在更深的水 域进 行作业 。 在深 水 钻 井作 业 过 程 中 ， 经 常会 遇 到 天然 气 水 合物。天然气水合物是天然气和水在低温高压环境 下的生成物， 一旦低温高压的环境被改变 ， 它就会分 解成水和天然气。钻井过程中， 泥浆不断循环出井 ， 会带 出蕴藏在海底的天然气水合物。随着水合物的 不断上升 ， 它所承受的压力变小、 温度升高 ， 必然发 生 分解 ， 形成 天然气 。由于泥 浆 中充入 气体 ， 导致 隔 水管内压力小于海水压力 ， 隔水管将被挤毁。在钻 井过程中， 这一情况的出现必然造成严重的后果 ， 必 须设法 避 免。因此 ， AB B Ve t c o g r a y公 司 开发 了 S HD H4 井 口连接器 ， 专门设计 了水合物抑制剂 乙 二醇注入 口， 通过注入抑制剂 ， 可以抑制水合物 生 成， 提高了钻井安全性 。 1 ． 2 俄罗斯 Z A O公司铝合金隔水管 俄罗 斯 Z AO公 司采 用铝 合 金 主 要成 分 为 Al Z n Mg和 Al Z mMg C 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 AO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 。其 主要组 成部 件如 图 2 。 图 2 Z A O公 司铝合金 隔水管 1 ． 3法 国 I F P和 F r a ma t o me 公 司 C L I P隔水管 从 2 O世 纪 8 O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 ， 如图 3 ～4 。 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 ， 来满 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 Af r i c a 和 P r i d e An g o l a 钻 井船 上使 用 。 图 3 C L I P隔水管 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 维普资讯 石 油 矿 场 机 械 2 0 0 8年 3月 高下隔水管效率 ， 缩短钻井时间， 节约钻井成本。 图 4 CI J 1 P隔 水 管 接 头 1 ． 4 C a me r o n公 司 L o a d Ki n g隔水 管 系统 L o a d Ki 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 ， 如 图 5 。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英 尺 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 t 4 1 0 磅 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 。 a 隔水管 c 隔水管卡盘d 隔水管送入工具 图 5 C a me r o n公司 L o a d K i n g隔水管系统 2各家公 司隔水管对 比 这 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 。 表 I各家公司隔水管对 比 从表 1中可 以看 出 ， AB 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 。 3 发展趋势 目前 ， 由于 世界 范 围 内的浅 海 油 田大 多数 已经 进入 中晚期 开发 ， 油 气资 源 日益 枯竭 。为此 ， 海 上油 气资 源的 开发正 逐步 从浅 海地 区转 向深海 地 区。随 着水深 从 百米 以 内逐 渐递 增 到 几 千米 ， 传 统 的钢 制 隔水 管随着 长度 的增 加 ， 质 量不 断增 大 ， 钻井 船 已经 不能 负载 ， 而钻井 船 的更新 会导 致成 本增加 ； 而且 水 深 的增 加 会导致 采用传 统 法兰连 接式 隔水 管作业 时 间的增加， 这也会增大作业成本 。所以， 传统的隔水 管 已经 不能 满足 深 水钻 井 的需 要 ， 为 了满 足 深 水 钻 井的需 要 ， 更 好 、 更 快 、 更 安全 地 满 足 深水 钻 井 的要 求 ， 未来 深水 钻井 隔水 管必 须具备 以 下特点 1 采用轻质高强度合金材料， 降低 隔水管质 量 ， 减轻 钻井 船负 载 ， 增 加 隔水管 下入 长度 。 2 采 用快 速 连接 方 式 ， 减 少 下 隔水 管 的作业 时间 ， 节 约成 本 。 3 加 长单 根 隔水 管 长 度 ， 将 单根 隔水 管 长 度 从 现在 的 2 2 ． 8 6 m 7 5英 尺 增 加 到 2 7 ． 4 3 m 9 0英 尺 。 4 安装 抑 制天 然 气 水 合 物形 成 的 装 置 ， 抑制 天然气水合物的形成 ， 减少钻井中事故的发生。 参考文献 [ 1 ] 廖谟圣 ， 杨本灵． 世界石油设备发展 的新特点及机 遇与 挑 战E J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 0 0 7 ， 3 6 9 1 6 ． [ 2 Gu e s n o n J ， G a i l l a r d C，R i c h a r d F ． Ul t r a De e p Wa t e r Dr i l l i n g R i s e r De s i g n a n d R e l a t i v e T e c h n o l o g y [ J ] ．Oi l a nd Ga s Sc i e nc e a nd Te c hn ol og y Re v．I FP。20 02．57 1 3 9 - 5 7． [ 3 ] P e u v e d i c J P ， G u e s n o n J ， S o l e i l l e I M． A F a s t C o u p l i n g f o r a De e p w a t e r D r i l l i n g R i s e r [ R ] ． S P E 1 3 1 5 3 ． 维普资讯