深水钻井船

2024-06-13

深水钻井船（精选七篇）

深水钻井船篇1

“海洋石油981”是中国首次自主设计、建造的第六代3000米深水半潜式钻井平台, 代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平。该平台设计自重30670吨, 长度为114米, 宽度为79米;从船底到钻井架顶高度为130米;电缆总长度800多公里。建成后它将成为我国首座自行设计建造的超深水半潜式钻井平台, 具有勘探、钻井、完井与修井作业等多种功能, 最大作业水深3000米, 钻井深度可达10000米。

2.“海洋石油981”深水钻井船通讯导航系统组成

通讯导航系统是“海洋石油981”深水钻井船不可缺少的部分, 并为海上钻井作业提供最有力的服务。该系统设备选型同样代表了目前深水钻井船通讯导航系统的最高水平。

2.1外部通讯系统选型

2.1.1单边带电台系统 (SSB-Single Sideband Modulation) , 选择丹麦Thrane&Thrane公司Sailor 5000 MF/HF。

2.1.2甚高频船用电台系统 (VHF-FM) , 选择丹麦Thrane&Thrane公司Sailor RT5022。

2.1.3无线应急系统 (GMDSS) , 选择挪威Jotron公司的雷达应答器 (SART) 、卫星示位标 (EPIRB) 、救生艇无线对讲机 (TWO-WAY RADIO) 。

2.1.4航行告警接收机 (NAVTEX) , 选择日本JRC公司的NCR-333A告警接收机。

2.1.5海事卫星F站 (Inmarsat-F) , 选择丹麦Thrane&Thrane公司Fleet 77。

2.1.6海事卫星C站 (Inmarsat-C) , 选择丹麦Thrane&Thrane公司Inmarsat mini-C。

2.1.7航空对讲系统 (VHF-AM) , 选择挪威Jotron公司的AM TR7750。

2.1.8海用特高频系统 (UHF-FM) , 选择美国MOTOROLA公司的无线中转台。

2.1.9气象传真机 (Weather Fax) , 选择日本JRC公司的JAX-9A。

2.1.10直升机无方向性示位标系统 (NDB) , 选择美国Southern Avionics Company公司的SA-100D。

2.1.11卫星通讯系统 (SATCOM) , 选择美国Seatel公司的Seatel9797。

2.2内部通讯系统选型

2.2.1程控交换机系统 (PABX) , 选择加拿大NORTEL公司的OPTION 11C数字程控交换机。

2.2.2广播报警系统 (PA/GA) , 选择美国GAI-TRONICS公司的ELEMEC PLUS。

2.2.3网络系统 (LAN) , 选择美国CISCO公司的catalyst 3560网络交换机。

2.2.4视频监控系统 (CCTV) , 选择挪威HERNIS公司的HERNIS 400。

2.2.5卫星电视娱乐系统 (TVRO) , 选择美国Seatel公司的8897。

2.3导航系统选型

2.3.1雷达系统 (RADAR) , 选择美国SPERRY公司的S&X波段的雷达。

2.3.2测深仪系统 (ECHO SOUND SYSTEM) , 选择美国SPERRY公司的测深。

2.3.3多普勒船速计程仪系统 (DOPPLER SPEED LOG) , 选择美国SPERRY公司的SPERRY SRD500。

2.3.4自动识别系统 (AIS-Automatic Identification System) , 选择美国SPERRY公司的自动识别系统。

2.3.5磁罗经 (Magnetic GYRO) , 选择美国SPERRY公司的罗经。

2.3.6航行数据记录仪系统 (VDR-Voyage Data Recorder) , 选择美国SPERRY公司的数据记录系统。

3.通讯导航系统建设

3.1通讯导航系统设计规范

深水钻井船通讯导航系统的设计遵循国际、国内的设计规范及一系列要求:《爆炸危险场所安全规定》, 《海上固定平台安全规则》, 《国际海上人命安全公约SOLAS1974》, 《爆炸性气体环境用电气设备》, 《民用直升机海上平台运行规定》, 并满足中国船级社 (CCS) 及美国船级社 (ABS) 的船检要求。

3.2 GMDSS设备选型设计

GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) -即全球海上遇险与安全系统。该系统是国际海事组织 (IMO-Interna tional Maritime Organization) 用于改善旧的海上遇险与安全系统通信, 并用来进一步完善海上常规通信的一整套综合系统。其对海区做了详细的划分:

A1海区指至少有一个VHF海岸电台可以覆盖的区域, 在这个区域内可以进行连续的DSC报警与值守。一般25-30海里半径的范围。

A2海区指除A1海区以外的至少有一个MF海岸电台无线电话可以覆盖的区域, 在这个区域内可以进行连续的DSC报警与值守。一般150-200海里半径的范围。

A3海区指除A1、A2海区外, INMARSAT静止卫星可以覆盖的区域, 在这个区域可以进行连续的报警。一般以南北纬70度以内的范围。

A4海区指A1、A2、A3海区以外的区域。

“海洋石油981”深水钻井船可在中国南海、东南亚、西非等深水海域作业, 因此GMDSS设备配置达到A4海区的要求, 配备了海事卫星站、短波电台、甚高频船用电台、航行告警接收机、雷达应答器、卫星示位标及救生艇无线对讲设备。

3.3卫星通讯系统

3.3.1概述

卫星通讯系统是深水钻井船与外界联系的主要手段, 是实现“数字海油”的主要基础。本文将重点介绍该钻井船的卫星通讯系统。

“海洋石油981”钻井船卫星系统采用C频段及Ku频段的卫星空间段为钻井船与陆地基地间提供安全、可靠、高效和灵活的各种数据传输业务。

卫星天线系统为双备份的Seatel9797天线系统, 卫星通讯系统可在C波段与Ku波段之间进行切换, 以满足实际使用需要。双备份使得该系统的可靠性得到了很大提高, 两套卫星天线系统中安装了转换开关, 该切换开关可自动对两套卫星天线系统进行切换, 以应对使用中发生的紧急情况。

3.3.2系统组成

该卫星通信系统由天线系统、上变频功率放大器 (BUC) 、室外单元 (ODU) 、高频头 (LNB) 、调制解调器及其它通讯设备组成。

3.3.3链路计算

为了确保卫星系统的可靠性, 对该系统进行了链路计算, 该系统接收中心站为广东省深圳, 钻井船在中国附近海域做移动, 根据Sinosat-1号卫星C波段及Ku波段的有效全向辐射功率 (EIRP) 分布图可知当钻井船站运动到深海时为最恶劣工作情况。

假设钻井船运动到深海, 分别对C波段和Ku波段进行陆地中心发射钻井船接收及钻井船发射中心站接收的分析, 要求在陆地中心站发射钻井船接收的情况下, 钻井船2.4米天线满足中心站相应天线及室外单元 (ODU) 、上变频功率放大器 (BUC) 的配置要求, 在钻井船发射及接收的情况下, 满足使用并留有一定的使用余量。

3.3.4卫星天线的技术特点

该卫星系统三轴稳定平台保证了天线可以在恶劣的环境中稳定跟踪卫星, 信号调制器、波导和信号旋转关节实现天线无方位限制的旋转, 没有线缆缠绕的困扰, 保证船可以任意角度转弯。

自动的天线捕获功能保证天线能在偏离时自动搜索卫星, 自动的线极化调整可以保证在平台变化时, 发射和接收的功率有效并消除对卫星的干扰。

该卫星天线可以通过以太网口和钻井船局域网连接, 实现网络维护人员对该系统的远程诊断功能。

4.结束语

本文介绍的深水钻井船通讯导航系统是深水油气开发不可或缺的组成部分, 是我国深水钻井船通讯导航系统建设的“始作俑者”, 并将为业内其它公司深水钻井船通讯导航系统建设提供最有价值的实践参考。

参考文献

[1]张重德, 锦州9-3油田通讯系统[J].中国海上油气 (工程) .1999, 11 (5) .

试析深水石油钻井技术的发展篇2

在社会经济实现快速发展的现阶段, 人们对于石油和天然气资源的需求量也越来越大, 随着科学技术的不断发展, 陆上和海洋陆架浅水区中的油气勘探开发程度也实现了较大程度的提高, 同时这些区域之内的油气资源的获取量也越来越小, 使得石油资源的开采逐渐向海洋深水区域进行过渡。深水区域的油气资源开采工作对于科技水平具有较高的要求, 然而我国在相关领域的研究和实践上仍然存在着很多的挑战, 使得了解深水石油钻井技术的发展现状和趋势是十分必要的, 这对于促进我国深水油气勘探和开发具有十分重要的现实意义。

1深水油气地质特征简述

从整体层面上来看, 全球当中的深水盆地主要包括了近南北走向的滨大西洋和滨西太平洋以及近东西走向的新特提斯构造域和环北极深水盆地群这四个部分;从当前的发展情况来看, 墨西哥湾、西非陆缘、澳大利亚西北陆架和南海等深水盆地当中的油气资源含量较为丰富。相关的研究发现, 深水盆地主要分布在三叠纪之后所形成的离散大陆边缘, 经历了前裂谷期、裂谷期和裂后热沉降期这三个演化阶段, 因此深水油气藏的主要储集层是具有高孔隙度和高渗透率的浊积砂体, 其主要的圈闭类型为大型地质构造, 如滚动构造和岩盐构造等, 其沉积环境则以湖相和海陆的过渡相为主要。

另外, 据相关的调查研究发展, 世界海洋中的石油好天然气资源量十分巨大, 勘探前景良好, 是今后开发的重要领域。

2深水石油钻井技术的发展现状

2.1半潜式钻井平台

半潜式钻井平台是在坐底式平台的基础上演变而来的, 其主要构成部分包括了中间桁架、上层工作甲板和下层的浮体结构这三大部分。半潜式钻井平台的应用具有一定的优越性, 能够抵抗较强的风浪, 自身具有较强的运动性能和较大的装载容量, 在深海油气资源的开采中具有巨大的作用, 使得作业效率实现了较大程度的提高。

半潜式钻井平台的浮力一般都是由浮体所承担的, 而立柱则实现了连接浮体和平台的作用。在甲板之上具有重要的装置和设备, 在进行钻井作业的时候, 在浮体内部注入压载水使得平台淹没在水下, 从而减少波浪所产生的干扰。

2.2动力定位技术

船舶动力定位技术是深水钻井作业中一项较为重要的技术, 越来越多的装置设备中都安装了动力定位系统, 主要是由位置测量子系统、推力系统和控制系统这三个子系统所构成, 其中的控制技术是核心。

动力定位系统的技术理论主要包括了经典控制、现代控制和智能控制等内容。与传统的锚泊方式相比较而言, 动力定位系统的科学技术含量更高, 在使用过程中不会受到水深的影响, 且机动性较强, 能够很好的完成准确定位, 同时投入和撤出的速度也较快。

2.3隔水管系统

传统的隔水管在进行深水钻井的时候, 主要是采取法兰连接的方式, 在隔水管的外部还会加装浮力块来降低钻井船的负荷;且在隔水管的外侧还具有四根管柱, 直径大约在50~100 mm之间, 主要是在下部海洋立管组间作业和其他任务当中发挥作用, , 一般可以下放到2200 m的海底。

3深水石油钻井技术的未来发展趋势

3.1动态压井钻井技术

动态压井钻井技术是在深水表层实现建井工艺当中的一种, 其工作原理与固井作业当中的自动混浆原理是相类似的, 都在以实际作业要求为依据, 利用自动控制密度的混浆设备, 对事先配置好的高密度压井液和正常钻井过程中的低密度钻井液进行适当的调节, 使得钻井液的密度也实际需要相符合, 向钻井内实现直接的泵送。

在进行深水钻井的过程当中, 当ROV和PWD检测到井下的地层具有异常高压的现象的时候, 就会根据人为所输入的指令来实现高密度钻井液的输送, 不再额外需要对其进行配置, 使得工作效率实现了较大程度的提升。

3.2双梯度钻井技术

双梯度钻井技术是为了解决窄密度窗口问题而被提出的, 这项技术的应用可以使得海底中的隔水管内部的流体密度与海水的密度相接近;在对钻井液柱的压力进行计算时, 需要将海底作为一定的参照物, 这是因为破裂压力和地层空隙压力之间的位置较宽。

现阶段, 为了避免井漏和井涌等事故的发生, 通常所应用的双梯度钻井技术主要包括了海底泵举升钻井液、双密度钻井和无隔水管钻井等, 不再需要多层套管系统, 使得固井和套管的时间大大的缩减, 对于钻井设备的要求也相对较低。

3.3无隔水管钻井液回收技术

无隔水管钻井液回收技术是双梯度钻井技术中的一种, 将钻柱暴露在海水之内, 利用海底吸入模块, 从而将海水与井眼隔开, 并通过回流管线和海底泵模块来提供通常的回流通道和给钻井液的动力, 将钻井液的静水压力控制在破裂压力和地层压力之间, 有效解决窄密度窗口的问题, 保证深水钻井的安全。

与常规钻相比较而言, 无隔水管钻井液的应用在一定程度上扩大了钻井液的使用范围, 减少了套管的用量, 有效的防止了钻井液的泄露问题。但是, 由于无隔水管系统的回流管柱的受力较为复杂, 对于海底吸入装置和控制系统的要求也相对较高。

4结束语

综上所述, 深水石油钻井是一项具有科技含量高、投入高、风险高等特点的工作, 其中的喷射下导管技术、随钻测井技术、动态压井钻井技术等是保证深水钻井作业成功的关键, 且工艺设备的合理选择也是影响其作业结果的重要因素。特别是在环境日益恶化和人们环保意识逐渐增强的现阶段, 深水石油钻井技术的发展也面临着越来越高的要求和挑战。因此, 在深水油气开采的工作中要同时注重理论和技术, 通过积极引进外国技术和自主创新来实现经济效益的最大化获取, 继而推动我国相关行业领域的可持续发展。

参考文献

[1]孙宝江, 曹式敬, 李昊, 尚占魁.深水钻井技术装备现状及发展趋势[J].石油钻探技术, 2011, 02:8~15.

川西中深水平井钻井液技术篇3

1 地质特征

川西中深水平井主要目的层蓬莱镇组及沙溪庙组, 地层泥页岩发育, 含砂质, 钻井施工过程中极易发生井壁失稳复杂井况。

蓬莱镇组地层岩性多样, 主要为绿灰、棕褐色 (粉砂质) 泥岩与浅灰、绿灰、褐灰色细粒岩屑、岩屑长石石英砂岩、 (泥质) 粉砂岩不等厚~等厚互层。区内蓬莱镇组泥岩较发育, 一般都暗褐色、暗紫色。部分含砂质, 含少量石膏。

沙溪庙组地层岩性主要为砂、泥岩及砾岩地层, 分上沙溪庙组和下沙溪庙组。上沙溪庙组地层岩性主要为:绿灰、紫棕泥岩、粉砂质泥岩与褐灰、绿灰色细粒岩屑、岩屑长石、岩屑石英砂岩、中粒岩屑砂岩、 (泥质) 粉砂岩、钙质粉砂岩略等厚~不等厚互层;下沙溪庙组地层岩性主要为:绿灰、棕、紫棕色 (粉砂质) 泥岩与浅灰、绿灰色细粒岩屑、长石岩屑砂岩、中粒长石岩屑、岩屑砂岩、粉砂岩不等厚互层, 底为一套浅灰色粉~中砂岩。

2 钻井液技术难点

2.1 靶点调整、控制点增加, 井眼轨迹复杂, 摩阻、扭矩大

水平储层段存在砂体发育不均质性, 水平段控制点增加, 导致水平段井眼轨迹复杂情况、井下摩阻增加。

2.2 水平位移大、位垂比大、水平段长, 易阻卡

地层埋深浅, 水平段长 (最大1500m) 、位垂比大 (最大2.01:1) , 在造斜段及水平段钻井施工时易出现“托压”, 完钻下套管时可能存在摩阻大, 下放困难等难题;同时其水平段较长, 随着水平段的延伸, 起下钻摩阻也相应增大, 特别是水平段蓬莱镇组钻井时可能出现砂岩、泥岩交替出现的情况, 在水化作用下, 井壁易失稳, 钻遇泥岩时井内摩阻较大;在水平段钻进时, 钻具带有井下马达, 加之钻井液密度较低, 因此可能存在钻具对井内的扰动不够和排量受限等难题, 而导致井内存在岩屑堆积以致形成岩屑床导致井下阻卡。

2.3 B靶点上翘

部分中深水平井, B靶点上翘, 钻井时井内摩阻大, 易阻卡。

2.4 易井壁失稳

蓬莱组、沙溪庙组地层为川西工区中深主产气层, 地层微裂缝发育, 富含泥页岩, 含砂质, 极易水化分散, 钻井施工中极易发生坍塌、掉块、缩径等井壁失稳复杂井况。

3 聚胺仿油基钻井液配方及性能评价

适用于川西中深水平井快速钻井的聚胺仿油基钻井液配方如下所示:

3~5%膨润土、4%纯碱 (土量) 、0.2~0.3%聚合物包被剂、0.1~0.4%聚合物降粘剂、0.8~1.5%聚合物降滤失剂、5~8%仿油基处理剂、4~7%液体润滑剂、1~2%极压润滑剂、2~4%磺化褐煤、2~4%磺化丹宁、3~5%沥青类防塌剂、0.8~1.5%聚胺抑制剂。

3.1 抑制性

取50g蓬莱镇组泥页岩岩心, 将其在钻井液及清水中于100℃下滚动16h后回收, 通过目数为40目的筛网, 岩屑回收率分别为98.5%及27.3%。表明该钻井液体系具有很强的抑制能力, 够有有效的抑制川西蓬莱镇组及沙溪庙组的泥页岩水化分散, 从而保护井壁。

3.2 润滑性

在钻井液中加入15%的岩屑粉, 分别选取钻井液基浆及加入岩屑粉后的钻井液热滚100℃×16h, 测试其摩阻系数。钻井液基浆摩阻系数为0.07, 加入岩屑粉后的钻井液摩阻系数为0.1。由此可以看出, 该钻井液体系润滑性能较好, 有利于大位移、长水平段、大位垂比水平井的钻井施工。

3.3 封堵性

将钻井液在100℃×16h热滚后, 测试其60℃条件下的API失水及100℃下的高温高压失水, 其API失水为3ml泥饼为0.5mm, 高温高压失水为6ml泥饼为2mm。由此可以看出该钻井液体系具有良好的封堵性能, 能有效的封堵蓬莱镇组及沙溪庙组地层, 减少钻井液滤液对地层的浸泡, 较好的维护井壁稳定及保护储层。

综上所述, 该钻井液体系具有较好的抑制性和封堵性, 有利于井壁稳定;且具有良好的润滑性, 适合于川西工区蓬莱镇组及沙溪庙组等不稳定岩性地层及大位移、长水平段、大位垂比水平井的钻井施工。

4 现场应用情况

该钻井液体系广泛应用于川西中深水平井钻井施工, 如孝蓬2-1H井, 该井位垂比 (1.91:1) , 创川西地区水平井水平位移最大 (1821.97m) 和水平段最长 (1502m) 两项纪录;什邡104-3HF井完钻井深2844m, 钻井周期26.42天, 台月效率3231.81米/台月, 创川西地区2501~3000m水平井钻井周期最短和台月效率最高纪录;什邡115-1HF水平井完钻井深2114m, 位垂比2.01, 创川西地区2001~2500m水平井位垂比最大纪录。

2012年川西水平井平均机械钻速达到4.36m/h, 同比去年提高29.3%;2012年蓬莱镇水平井完井63口, 钻机月速度1663m/台月, 同比去年提高20%;沙溪庙水平井完井45口, 钻机月速度1498m/台月, 同比去年提高7%。

该钻井液体系在钻井施工过程中主要的维护处理措施如下所示:

(1) 将聚合物包被剂、聚合物降粘剂等处理剂配成胶液, 以“细水流长”地方式维护钻井液流变性, 同时控制钻井液坂含在30~50g/L。

(2) 维护钻井液中磺化褐煤、聚合物降滤失剂等降虑失处理剂的含量, 维护钻井液失水小于4ml, 减少钻井液滤液对井壁的浸泡作用。

(3) 维护钻井液中仿油基处理剂、液体润滑剂、极压润滑剂等处理剂的含量, 控制钻井液粘附系数≤0.10。

(4) 采取如下措施防止岩屑沉积和清除已形成的岩屑床:

(1) 合理利用不同流型 (层流与紊流) 的钻井液段塞来清除岩屑床, 避免过渡流。若井底已形成岩屑床, 应先用低粘度高速紊流清扫, 紧接6~8m3高粘层流携带。保持钻井液动塑比控制在0.4~0.6之间。

(2) 尽可能使用大排量洗井, 钻进中加强短程起下钻划眼, 破坏岩屑床。

(3) 钻井过程中加强对摩阻的实时监控和对比。

(5) 维护钻井液中聚合物包被剂、聚胺抑制剂、沥青类防塌剂等处理剂的含量并根据进尺情况及时补充, 强化钻井液的防塌抑制性能, 有效封堵蓬莱镇组和沙溪庙组泥页岩, 抑制其水化分散。

(6) 根据地质提示使用合理的钻井液密度, 维持井壁的力学平衡, 确保有足够的支持力。

(7) 钻遇漏失, 采用高酸溶率防漏堵漏材料实施堵漏作业, 有效保护储层。

(8) 使用好固控设备, 严格控制钻井液中的劣质固相含量和低密度固相。根据需要, 间断使用离心机, 遇气侵, 使用除气器。

(9) 如井眼轨迹或方位变化大引起钻具运动遇阻、遇卡等井内复杂情况, 以及测井、下套管前, 可使用固体润滑剂 (玻璃微珠) 降低摩阻。微珠粒径以20~40目为好, 加量以1~2%为宜 (表1) 。

5 结论及建议

(1) 川西中深水平井目的层蓬莱镇组及沙溪庙组地层泥页岩发育, 钻井施工中极易井壁失稳;

(2) 川西中深水平井水平储层段存在砂体发育不均质性, 靶点调整、控制点增加, 井眼轨迹复杂, 摩阻、扭矩大以及水平位移大、位垂比大、水平段长等钻井液技术难点;

(3) 室内实验及现场应用情况表明, 聚胺仿油基钻井液对泥页岩具有较强的封堵性, 有效地抑制泥页岩水化分散, 同时具有较佳的润滑性能, 满足中深水平井快速钻井, 2012年川西水平井平均机械钻速达到4.36m/h, 同比去年提高29.3%。

参考文献

[1]齐从丽.川西深层水平井钻井液技术[J].化工时代, 2012, 09

深水钻井船篇4

1 海洋深水钻井难点

在深水钻井中, 泥浆密度窗口窄的问题是由于海洋地层上部被海水替代, 且下部地层主要是由固结程度较低的土壤和泥土组成, 强度相对较低, 与陆地地层相比其上覆岩层压力较低, 此类环境下压实程度较差, 往往表现出破裂压力较低, 导致钻井液安全密度窗口窄, 极易发生井漏、坍塌等事故。

2 空心玻璃微珠钻井液性能评价及应用

2.1 物理性质

空心玻璃微珠为单胞碱石灰硅酸硼类, 能抗高温高压, PH值为9.0—9.8[3].笔者在实验中选用的是P62, P62是一种高性能空心玻璃微珠, 壁厚1~3.5μm,

球体内充有稀薄的氮气、二氧化碳等气体, 是一种新型的无机非金属填充型材料。具有粒径为10~120μm的球体, 流动性好, 易泵送;真密度0.20g/cm3~0.60g/cm3;抗压强度可达60MPa, 不易压缩等特点。

2.2 稳定性

将空心玻璃微珠加入到不同水基钻井液静置观察, 24h后观察未出现分层、上浮现象。对分别含有0~45%的P62聚合物钻井液在常温下进行钻井液性能测试, 结果如下表1

实验表明玻璃微珠从0加到45%, 钻井液密度可以降到0.59g/cm3, API失水量在加量0到30%时失水量从6ml~14.6ml, 而当加量在45%时, 失水量降到10.8, 由此说明加入空心玻璃微珠对钻井液API漏失量影响较小。

2.3 配伍性

为了考察P62与不同钻井液的配伍性, 在聚合物钻井液、油基钻井液和海水中分别加入0~45%的P62, 然后测定其常温下的流变性。钻井液动切力和塑性粘度随着P62的加量变化情况分别如下图3和图4

由图3和图4可以看出, 在空心玻璃微珠的加量在0~45%时, 对不同钻井液的塑性粘度与动切力影响效果小, 说明其配伍性好。

2.4 应用效果评价

南海莺歌海盆地某勘探井水深1713米, 海底温度大约5℃。在钻进井深2625米时, 使用深水钻井液体系HEM, 测得钻井液密度为1.06~1.1, 在钻进时需要降低钻井液密度。为满足设计密度要求, 加量5%P62玻璃微珠, 此时测得入口端钻井液密度1.01~1.07, 结果表明P62玻璃微珠在需要降低密度时使用, 效果明显。

3 结语

3.1 优选出的P62高性能空心玻璃微珠, 流动性好, 易泵送, 密度为0.2g/cm3~0.6g/cm3, 抗压强度可以达到60MPa, 适用于深水钻井设备, 能够有效的降低钻井液密度。

3.2 空心玻璃微珠的稳定性好, 能够保持钻井液纯液相状态, 易于控制其性能, 而且能够回收利用, 减少钻井液配制成本。

3.3 添加空心玻璃微珠简单, 易操作, 设备要求低, 能够降低海洋深水钻井的风险。

摘要：海洋深水浅部地层破裂压力低, 在钻进过程中面临窄密度窗口的难题, 通过添加空心玻璃微珠的密度减轻技术在海洋深水钻井中应用得越来越广泛, 本文首先在实验室研究了空心玻璃微珠P62的性能, 再通过现场应用, 在钻进过程中加入空心玻璃微珠, 有效的减轻了钻井液比重。此方法有实用价值, 值得推广。

关键词：空心玻璃微珠,破裂压力低,操作简单

参考文献

[1]蔚宝华, 邓金根等.深水钻井井壁稳定性评估技术及其应用[J].石油钻采工艺, 2011, 33 (6) :1-4.

[2]孙清华, 邓金根等.深水浅层破裂压力计算方法[J].中南大学学报, 2015, 46 (4) :1402-1408.

深水半潜式钻井平台选型的研究篇5

1 深水半潜式钻井平台的特点

半潜式钻井平台的下半部分由于浸没在水中, 其横遥和纵摇的幅度值都比较小, 对于平台质量有很大的影响的主要是平台的垂荡运动和水平运动。在海洋工程中, 半潜式平台在波浪中的运动一般比较小, 因此这种装置不仅可以用于深海石油钻井, 而且也适应于海上起重船、铺管船、供应船以及生产平台等工作环境的使用。除此之外, 半潜式钻井平台也可以用于海底多口井以及较大范围内的卫星井的石油开采。如果在生产中使用半潜式平台, 可以使开发者在钻探出石油之后, 立即进行石油开采, 又特别适用于深水下储量较小的石油开采。随着海洋石油开发的逐渐深入, 深水半潜式平台的应用将会越来越多。比如在离海岸较远的地方建立海上发电站、海上工厂等[1], 这样不仅不会影响深水半潜式钻井平台的工作, 而且对沿海地区以及内陆环境的污染将得到很好的控制, 具有很多的优良性能。

2 深水半潜式钻井平台的选型研究

深水半潜式平台的结构特点决定了它在波浪中具有很好的运动性能, 但形式不同的半潜式平台其特点也有很多的不同。我们需要在生产过程中对半潜式平台进行选型, 这不仅应该考虑各种形式的半潜式平台的工作能力、工作环境, 还应兼顾其综合经济性能等等。

2.1 平台性能的研究

在半潜式钻井平台设计的过程中, 半潜式平台的主尺度和结构形式的选择应该使半潜式平台的纵摇、横摇以及垂荡固有周期比波浪周期大, 以便使设计平台的运动周期获得较好的平台运动性能。这同时要求垂荡的固有周期一般在波能谱的低频区域内。在一般设计的过程中, 虽然运动周期已经超出波谱中波能比较集中的频率范围之外, 但是在垂荡周期内还可能遇到非常大的波。并且在进行设计的过程中, 还应该对立管以及钻井采油机构与半潜式平台的连接性能[2]进行考虑, 以保证半潜式钻井平台作业的安全。另外, 需要对垂荡运动有更加严格的控制, 垂荡运动是半潜式平台在进行设计的过程中需要首先考虑的内容。需要使半潜式平台中的纵杆和横杆固有运动周期比遇到的波浪周期运动大很多。

2.2 完整稳定性的研究

随着全球气候逐渐变暖, 台风的发生频率也逐渐增高, 其对海上石油作业的影响也越来越大, 因而其对深水半潜式平台性能的要求也随之增加。又由于半潜式平台在作业、迁航以及自存等作业情况下, 不能像自航船舶一样可以自行避开风浪, 它只有加强自身半潜式平台的稳定性, 才能保证平台的安全。在设计过程中, 为保证半潜式平台的安全性和半潜式平台的稳定性, 应尽量使平台的稳性储备得以提高。

半潜式的完整稳定性一般包括拖航状态、风暴自存状态以及正常作业状态的稳定性。半潜式平台的完整稳定性主要与平台的复原力矩、风倾力矩以及风雨、水密的完整性范围等一些因素有关。在进行设计的过程中, 一般通过降低甲板上的结构以及设备的高度和立柱的高度达到减少风倾力矩的目的。半潜式平台的复原力矩和平台自身的稳定性与其排水量有关, 所以提高风雨、水密的完整性能够有效改善平台的稳定性[3]。在进行稳定性计算时, 应该分析倾斜轴, 通过计算不同的倾斜轴的风倾力矩曲线和复原力矩曲线并对其面积进行对比, 可以确定出平台最危险的倾覆位置。

2.3 定位能力的研究

深水搬迁平台主要受到风浪、波浪等一些特殊环境的载荷影响, 半潜式首摇方向、横荡以及纵荡的固有周期和频率都比较低。并且由于非线性的低频环境力的影响, 半潜式平台将产生较大的低频满漂运动。半潜式平台的定位方式主要有锚泊定位等。对于锚泊定位系统, 主要考虑半潜式平台需要进行不同的深海石油钻井作业, 所以在经常会选择一些起锚或者抛锚比较方便、抓力比较大并且成本比较低的方式。半潜式平台经常采用拖拽埋置锚, 但是这种形式的锚不能承受很大的上拔力, 所以在进行选型的过程中需要运用较长的钢炼进行连接海底锚, 从而保证锚泊系统的在进行设计海况下具备躺低功能[4]。在环境以及条件比较恶劣的情况下需要连接更长的钢链, 并且需要缆绳的刚度和强度更大, 因此会导致系泊缆绳较长, 总重量较大, 从而影响平台的可变载荷。

2.4 舶体的用钢量的研究

船舶的结构尺寸主要根据船级社的要求和一般的规范进行设计, 但是对于半潜式平台的设计规范没有相类似的要求。半潜式平台的船体结构主要分为立柱、下浮体以及甲板等主要的部分组成。因此在进行设计的过程中, 应该根据相关的钢料以及具有统计性的公式进行设计, 这不仅可以减少用钢量, 还可以满足半潜式船舶的设计要求。

3 总结

随着海洋石油业的不断发展, 深水石油钻井开采正快步的发展, 因此需要钻井技术继续发展进步, 以满足深水石油开采的技术要求。由于半潜式钻井平台的形式比较多, 并且各种平台形式的特点也有所不同, 所以在进行选型的过程中, 应该根据深水石油的作业特点和要求进行半潜式平台的选型, 从而保证半潜式钻井平台能够安全稳定、高效的进行深海石油开采作业。本文主要通过对深水半潜式钻井平台的性能、完整的稳定性和定位性能以及船舶的用钢量进行选型研究, 从而满足深水石油开采作业对深水石油半潜式钻井平台性能的各种要求。

参考文献

[1]童波;金强:《深水半潜式钻井平台主尺度论证研究》船舶;2011, 22 (4) :21——24[1]童波;金强:《深水半潜式钻井平台主尺度论证研究》船舶;2011, 22 (4) :21——24

[2]陈新权;刘振辉;谭家华:《深海半潜式平台选型研究》中国海洋平台;2008, 23 (1) :8——13[2]陈新权;刘振辉;谭家华:《深海半潜式平台选型研究》中国海洋平台;2008, 23 (1) :8——13

[3]晏绍枝;李浪清;黄映城;赵建亭:《深海半潜式钻井平台钻井系统选型探讨》中国海洋平台;2010, 25 (6) :42——46[3]晏绍枝;李浪清;黄映城;赵建亭:《深海半潜式钻井平台钻井系统选型探讨》中国海洋平台;2010, 25 (6) :42——46

[4]白雪平:《深水半潜式平台系泊系统设计研究》[4]白雪平:《深水半潜式平台系泊系统设计研究》

深水钻井船篇6

一、元坝102-2井配套钻井技术

1、干法固井技术

干法固井是空气钻或泡沫钻完钻后采用不转换钻井液的固井方式, 通井后直接下套管进行固井施工作业, 比常规固井节约时间3-5天左右, 同时减小了环保排污的压力。通常简化套管串结构, 不下浮箍只下入引鞋;通井措施得当, 确保了套管的顺利下入;采用多次注水泥方式, 实现了环空全水泥封固, 保证固井施工质量。

2、空气钻井技术

空气钻技术的实质主要是用压缩空气代替常规钻进时使用的水或泥浆循环, 起冷却钻头、排出岩屑和保护井壁的作用。与泥浆常规钻井相比, 空气钻具有可延长钻头使用寿命、提高钻探速度和钻井时效、避免钻井漏失、有利于判明井底情况、钻井施工清洁环保等优点。经过论证, 元坝102-2H井可以再蓬莱镇组、遂宁组、上沙溪庙组应用空气钻井技术。

3、高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻井技术

涡轮钻具是一种井底液动马达, 涡轮钻具最大的优点是没有橡胶原件, 转速高、稳定性强、耐高温高压, 工作温度可以达到250℃, 适用于深井、超深井、高温高压井。孕镶金刚石钻头切削齿不出刃, 而是包裹在胎体材料内, 其破岩机理近似于砂轮磨削原理, 即在高转速下以磨削的原理破碎地层。元坝102-2H井三开钻遇陆相地层有下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组、须家河组, 尤其是自流井组与须家河组地层坚硬、研磨性强, 高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻井技术的应用正好解决这一难题。

4、超深水平井套管防磨技术

元坝102-2H井设计四开套管为油层套管, 套管下深6768m, 井斜61°, 五开后继续造斜, 且水平段长, 施工周期长, 根据元坝102-2H井身结构的特点, 四开套管斜井段的防磨工作是重中之重, 为保护Φ193.7mm套管和钻具, 根据侧向力模拟计算, 在Φ101.6mm钻具中加入23只尺寸为Φ158mm非金属防磨接头, 配合高效减磨剂使用, 对套管和钻具起到了很好的保护作用。

二、现场应用情况

1、干法固井技术

元坝102-2H井在一开完钻后应用干法固井技术完成固井施工, 缩减了气转液清洁井眼的时间, 节约钻井周期3.86d, 减少排污量265m3, 一开套管下入顺利, 中间无阻卡显示, 干法固井在元坝102-2H井的成功应用对元坝地区的提速提效工作和安全环保工作具有积极地意义。

2、空气钻技术

元坝102-2H井在一开陆相地层使用泡沫钻井, 二开陆相地层应用空气钻井技术施工, 平均机械钻速达到7.06m/h, 单只钻头最高机械钻速9.93m/h元坝102-2H井空气钻施工数据如表1所示

从表1数据显示元坝102-2H井空气钻井技术应用效果较好, 在实钻中达到了钻井提速、降低成本和缩短工期的目的, 相比泥浆常规钻井具有明显优势。

3、高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻井技术

元坝102-2H井在三开陆相地层应用高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻井技术, 创造多项元坝区块高新技术指标。元坝102-2H井三开陆相地层应用高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻井技术结果表明, 该项技术的应用成功克服了元坝区块地层坚硬、研磨性强的陆相地层钻探施工周期长、投入成本大、井眼复杂等施工难题。

4、超深水平井套管防磨技术

根据井身结构与钻具组合模拟侧向力计算, 元坝102-2H井五开施工下入成都生产的TFFK158型非金属防磨接头23只, 单独使用TFFK158非金属防磨接头防磨效果一般, 如果配合高效减磨剂使用防磨效果十分理想。

三、主要技术成果

(1) 在元坝102-2H井一开成功应用干法固井, 节省钻井周期3.86d, 减小排污量265m3, 节约了钻井成本。

(2) 钻进千佛崖组与自流井组的非砾石段, 进尺353.6m, 纯钻时间166h, 机械钻速达2.13m/h, 创元坝区块单趟进尺机械钻速最高纪录。

(3) 自流井与须家河组地层使用一只孕镶金刚石钻头实现总进尺547.44m, 纯钻时间371.5h, 平均机械钻速1.47m/h, 与牙轮钻头相比机械钻速提高1倍以上。

(4) 元坝102-2H在五开成功应用超深水平井小套管防磨技术, 既做好套管防磨工作, 又保护了钻具, 全井钻具未出现偏磨现象。

四、认识与建议

(1) 能否顺利实现干法固井, 关键在于完钻后的通井作业, 在通井时彻底清理井内的沉砂和岩屑是保证下入套管和固井顺利的前提。

(2) 空气钻井对钻具损害较大, 应使用新钻杆或一级钻杆, 并加强钻具探伤工作, 同时空气钻进时井眼易斜, 随着空气锤质量的提高, 建议在大尺寸井眼应用空气锤钻井技术, 发挥空气锤防斜打快的作用。

深水钻井船篇7

由于半潜式海洋钻井平台工作条件恶劣,对电力系统的可靠运行提出了更高要求,电力系统的控制、监视和跟踪管理极为重要。平台的电力管理系统是平台动力智能自动化控制的核心,对平台的安全运行和经济效益有重要的影响,其供电的连续性、可靠性和供电品质将直接影响平台的经济指标,技术指标和生命力[3]。本文结合已交付半潜式钻井平台,对电力管理系统设计提出介绍,并对失电防范问题,提出系统设计的解决方案。

1 电力管理系统

半潜式钻井平台电力管理系统(PMS,Power Management System)是全船自动化的一部分,集控制、监测、保护和管理于一体的综合系统,主要包含能量的优化分配和管理、发电系统柴油发电机的监控和智能化管理、输配电系统的监控保护、配电开关集中控制和大功率负载的管理。通过发电系统柴油发电机的控制和配电盘的控制实现平台动力的智能化管理,确保平台安全、可靠、经济运行[4]。

1.1 柴油发电机控制

PMS对于柴油发电机的控制和管理常见有以下功能:遥控启动/ 停止、启动/ 停止抑制和柴油发电机状态监控故障机安全停车等。

1.1.1 柴油发电机启动/ 停止

柴油发电机的启动包括:遥控启动、在线负载超过机组容量备用机组自动启动、大功率用户启动前机组自动启动、失电恢复时柴油发电机自动启动、故障机组减载备机自动启动。柴油发电机遥控停止包括:遥控停车、故障减载停车、安全保护应急停车等。

1.1.2 柴油发电机启动/ 停止抑制

遥控启动抑制条件有:本地控制、本地互锁未取消、发电机轴承温度报警、启动空气压力低等。遥控停止抑制条件有:本地控制、负载大于在线机组容量等。

1.1.3 柴油发电机状态监控和安全停车

柴油发电机状态监控包括:气缸温度、涡轮增压气速度/ 排气温度、滑油压力和温度、高温水压力和温度、燃油压力和温度、启动空气压力、发电机轴承温度等。柴油发电机安全停车包括:滑油压力低低、高温水温度高高、油雾关断、超速、轴承温度高高等。机组在线运行时,当机组出现故障报警后,备用机组会自动启动投入,备用机组投入后,故障机组会自动减载退出电网,其顺序如下:

1.2 配电盘监控和控制

电力管理系统对配电系统管理有如下功能:配电盘监控和报警提示、配电盘负载开关的控制、电网在线柴油发电机负载分配、高压盘间并网频率调节、机组基于在线负载自动投入并车、分网时负荷自动转移盘间开关操作、重负载控制、失电防范以及失电自动恢复等[6]。

1.2.1 负载分配

机组投入时电力管理系统PMS通过控制并网机组调速器(Governor)来调节并网机组速度升/ 降,当并网机组频率和电网频率差在允许范围内时配电开关闭合实现机组投入并网,机组并网以后在网运行的机组通过本身调速器特性维持机组间有功功率的负载分配。半潜式钻井平台机组发电机的电压调节是通过电压调节器AVR(Automatic Voltage Reg-ulators)自调实现的,电力管理系统一般不参与其控制[7]。

(1)机组手动调载

在网运行的机组操作者可以选用手动调载模式,通过控制机组调速器来调节速度升/ 降,实现机组负载变化。

(2)平衡负载分配(Symmetric load sharing)

机组的投入是通过电力管理系统来控制实现,并网后机组负载通过机组调速器来维持各机组负载平均分配,通常情况下机组间有功功率偏差在 ±4%。如图1,机组1,2,3 机组在网运行,机组负载的变化趋势跟随着电网波动趋势,每台机组负荷相同。

(3)经济不对称负载分配(Asymmetric load shar-ing)

柴油发电机在80% 负荷运行是经济运行工况。半潜式平台工作时为了确保安全,会出现多台机组低载运行的工况,这种工况下可以设定Asymmetric模式。该模式下电力管理系统可以通过调节Asymmetric模式下运行机组的调速器实现该机组运行在80% 负荷,剩余在网机组平均分配剩余负荷,运行一段时间后自动切换到下一台柴油发电机组。为了避免机组在太低负载运行,当剩余机组负荷低于25% 时,Asym-metric模式运行柴油发电机负载将降低,负荷转移到其余在线机组;为了避免失电发生,当剩余机组负荷大于80% 时,Asymmetric模式运行的柴油发电机将和其余在线机组平均分配电网负载。如图2 中1 号机组运行在Asymmetric模式下负荷固定在80%,2、3 号机组平均分配剩余负载,其负荷随着电网负载变化而变化。

(4)固定负载分配

机组在维护保养时,机组有时需要恒定在某个负荷运行。电力管理系统PMS可以控制机组调速器来实现,其余负载有剩余机组平均分配。

如图3,1 号机组在固定负载模式运行,2、3 号机组平均分配剩余负载,其负荷随着电网负载变化而变化。

1.2.2 失电防范

半潜式钻井平台工作时,必须确保动力的持续供应维持动力定位系统持续工作保持平台位置,因此电力管理系统需具有防范失电发生及电网快速恢复的能力。失电情况的常见原因如下:在网发电机组容量不能满足负荷升高的要求,超过在网机组允许的范围;机组应急切断或配电开关过载脱扣。

当电网机组容量不能满足负荷升高要求,电力管理系统具有激活在网钻井功率限制和推进器功率限制,同时启动备用机组。常见的功能如下:

(1)重负载启动控制

半潜式钻井平台大功率设备,系统配电开关合闸申请后电力管理系统基于电网可利用功率,对其管理。如果电网余量不能满足设备要求,系统启动将被抑制,备用机组将会自动启动投入电网。其启动顺序如下:

(2)机组自动投入

电力管理系统会基于电网有功功率变化,基于设定的机组优先顺序自动增加或减少机组;备用机组启动成功后自动投入电网同步合闸,机组入网后自动进行负载转移平均分配。某平台有6 台主机,分别布置在3 个独立机舱,下表为某半潜式钻井平台机组控制的设定[8]:

3)钻井用户和推进器功率限制

半潜式钻井平台的电力系统基于平台的设计要求布置于不同的独立的机舱,每个机舱对应相应的独立的配电系统,每段配电系统之间可以通过配电开关连接成一段。PMS基于电网反馈状态信息,对每一部分电网进行独立控制,当电网故障或在线负载超过电网限制条件时,为了避免失电发生,电力管理系统会降低该段钻井用户可利用功率和限制推进器的功率来实现降低负荷,电网备用机组投入后,推进器功率和钻井可利用功率恢复[9]。

PMS电网失电防范功率限制功能包含如下:基于在线主机容量限制负载用户升高、基于电网母排负荷降低在线负载、基于单机负载降低负荷、基于单机电流降低负荷、基于母排频率降低负荷、在线机组脱扣降低负荷。

PMS基于电网状态反馈信息,计算电网负荷和实时推断电网用户可利用功率,确保电网健康运行。电网用户可利用功率计算如下:

△ P:单段电网用户可利用功率,即用户可以增加的负荷。

K1 :电网安全系数百分比权衡,该参数基于在线运行用户推断。

K2:单段电网可利用功率允许百分比,最大设置80%。

P:单段电网在线机组容量。

P:负载允许限制百分比。

P1:单段电网实际负荷。

K3:另外机舱电网可利用功率允许百分比,最大设置50%。

P’:另外段电网在线机组容量。

P1’:另外段电网在线负荷。

机组过载计算:

PMS实时监控机组负载状态,计算机组负载功率。基于电网功率反馈,最大允许主机负载设定在(105-115%),最大允许电流设定在(110-115%),其过载功率计算如下:

( △P:机组过载功率计算值,△ I:过电流值,U:电网电压)

通过比较电网反馈的功率信号对应的功率值和计算所得功率值大小,确定其中的最大值。PMS依据机组最大过载功率或最大过载电流, 来确定负载用户的功率限制。钻井用户的功率限制条件包含如下:电网功率大于95%、机组功率/ 电流超过100%、或电网频率低于58HZ;推进器的功率限制条件包含如下:电网功率大于100%、机组功率超过105% 或/ 电流超过110%、电网频率低于58HZ。

钻井用户和推进器的的功率限制顺序如下:

(4)非关键用户脱扣

当电网过载发生时为了确保动力定位能力,减少推进器功率限制, 脱开一些非关键用户。

1.2.3 失电自动恢复

半潜式平台工作时其位置的保持是通过动力定位系统实现的,失电导致的后果是平台定位位置的失效,这对于半潜式钻井平台来所说是极其危险的。如何保证海洋平台的电网故障后快速恢复尤其重要,从而能保障人员和设备安全,避免事故发生,减少财产损失[10]。电力管理系统在电网失电后能快速启动备用柴油发电机投入电网,恢复电网供电,电网恢复后电力管理系统依据设备失电前状态自动操作开关,启动主机/ 推进器相关辅助设备,启动推进器恢复动力定位系统。

失电后推进器自动恢复步骤如下:

2 结束语

电力管理系统是半潜式钻井平台安全、可靠运行的保障,本文详细介绍了半潜式钻井平台电力管理系统主要功能,分析了钻井平台电力系统失电防范和失电恢复的设计方案;对半潜式钻井平台电力管理系统设计和应用提供参考。

摘要：本文阐述了深水半潜式钻井平台电力管理系统主要功能,介绍了电力管理系统对柴油发电机组的控制和电网配电盘的控制要点,并详细介绍了电网机组失电预防、保护措施。

关键词：电力管理系统,负载分配,功率限制,失电恢复

参考文献

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[3]张用德,袁学强.我国海洋钻井平台发展现状与趋势[J].石油矿场机械,2008,09:14-17.

[4]高文.海洋钻井平台综合监控系统研究[D].江苏科技大学,2011.

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[6]张辉.深水半潜式钻井平台电力系统的设计研究[J].电工技术,2010,04:43-44+62.