第3章海洋鉆井裝置及工藝(3海洋鉆井工藝)

1、第三節(jié)第三節(jié) 海洋鉆井工藝海洋鉆井工藝一、海洋鉆井作業(yè)工藝（浮式鉆井裝置）一、海洋鉆井作業(yè)工藝（浮式鉆井裝置）二、海洋鉆井常規(guī)作業(yè)程序二、海洋鉆井常規(guī)作業(yè)程序第三章第三章 海洋鉆井裝置及工藝海洋鉆井裝置及工藝一、海上浮動(dòng)式鉆井裝置的建井程序一、海上浮動(dòng)式鉆井裝置的建井程序 使用浮動(dòng)式鉆井裝置使用浮動(dòng)式鉆井裝置（半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船）（半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船）鉆井時(shí)，由于海水引起的平臺(tái)升沉、搖擺和平移，鉆井時(shí)，由于海水引起的平臺(tái)升沉、搖擺和平移，就不得不使井口建在海底，這樣就大大地增加了就不得不使井口建在海底，這樣就大大地增加了建井程序和井口裝置的復(fù)雜性。建井程序和井口裝置的復(fù)雜性。浮動(dòng)浮動(dòng)式

2、鉆井裝置進(jìn)入井位式鉆井裝置進(jìn)入井位海海區(qū)準(zhǔn)備區(qū)準(zhǔn)備工作就緒后就可以工作就緒后就可以開鉆。開鉆。首先首先，把一個(gè)臨時(shí)導(dǎo)向基座，把一個(gè)臨時(shí)導(dǎo)向基座下放至海底，這是海底井口的固下放至海底，這是海底井口的固定位置，定位置，是一口井的開鉆基點(diǎn)。是一口井的開鉆基點(diǎn)。臨時(shí)導(dǎo)向基座是一個(gè)巨大的臨時(shí)導(dǎo)向基座是一個(gè)巨大的鋼制件。在下放前，先用加重材鋼制件。在下放前，先用加重材料（重晶石或水泥料（重晶石或水泥)填入基座使其填入基座使其重量增大到重量增大到11.3-13.6噸，并噸，并將四將四根導(dǎo)引繩根導(dǎo)引繩接上接上。準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段臨時(shí)導(dǎo)向基座與永久導(dǎo)向架臨時(shí)導(dǎo)向基座與永久導(dǎo)向架 引導(dǎo)鉆頭入井，基座是用鉆桿下引導(dǎo)鉆

3、頭入井，基座是用鉆桿下放到海底，并采取機(jī)械方式脫卸，放到海底，并采取機(jī)械方式脫卸，然后由系在導(dǎo)引繩上的導(dǎo)引臂將然后由系在導(dǎo)引繩上的導(dǎo)引臂將3636英寸開眼鉆頭下入到底盤的孔英寸開眼鉆頭下入到底盤的孔中，中，鉆頭進(jìn)入基座口后，連結(jié)在鉆頭進(jìn)入基座口后，連結(jié)在導(dǎo)引臂上的剪切銷被切斷，引導(dǎo)導(dǎo)引臂上的剪切銷被切斷，引導(dǎo)臂與鉆頭脫開臂與鉆頭脫開。 導(dǎo)引臂由連在其上的回收繩提到導(dǎo)引臂由連在其上的回收繩提到平臺(tái)上回收。平臺(tái)上回收。用剪切脫卸式引導(dǎo)臂將鉆頭脫開用剪切脫卸式引導(dǎo)臂將鉆頭脫開 第一步，鉆導(dǎo)管井眼第一步，鉆導(dǎo)管井眼 將直徑將直徑3636英寸井眼鉆至泥線以下英寸井眼鉆至泥線以下25-10025-100米

4、，米，以備下入直徑以備下入直徑3030英寸的英寸的導(dǎo)管導(dǎo)管。 直徑直徑3030英寸的英寸的導(dǎo)管不承受壓力，僅用作結(jié)構(gòu)導(dǎo)管不承受壓力，僅用作結(jié)構(gòu)支承支承。鉆此導(dǎo)管井眼時(shí)，。鉆此導(dǎo)管井眼時(shí)，用海水鉆進(jìn)，鉆屑用海水鉆進(jìn)，鉆屑直接返到海底直接返到海底。 導(dǎo)管下入后，固井，水泥漿返至海底泥線。導(dǎo)管下入后，固井，水泥漿返至海底泥線。 當(dāng)海底地層較軟時(shí)，可使用噴射法。 在導(dǎo)管的最下端接有噴射頭。當(dāng)導(dǎo)管的最下端接近海底時(shí)，即可開泵用海水進(jìn)行噴射，沖出導(dǎo)管段的井眼。 3030英寸直徑的導(dǎo)管頭上帶有一英寸直徑的導(dǎo)管頭上帶有一個(gè)用來支承井口和防噴器的個(gè)用來支承井口和防噴器的永永久導(dǎo)向架久導(dǎo)向架。 永久導(dǎo)向架永久導(dǎo)向

5、架是一個(gè)用工字鋼制是一個(gè)用工字鋼制成的構(gòu)件，其下部呈球面形，成的構(gòu)件，其下部呈球面形，可坐于臨時(shí)導(dǎo)向基座的孔口，可坐于臨時(shí)導(dǎo)向基座的孔口，外部焊有四個(gè)支柱，每個(gè)支柱外部焊有四個(gè)支柱，每個(gè)支柱上固定有一根永久導(dǎo)引繩。上固定有一根永久導(dǎo)引繩。9 3030英寸直徑導(dǎo)管頭與導(dǎo)向架中心管上部聯(lián)英寸直徑導(dǎo)管頭與導(dǎo)向架中心管上部聯(lián)接，從而在導(dǎo)管固井固定后，永久導(dǎo)向架接，從而在導(dǎo)管固井固定后，永久導(dǎo)向架也就被固定在海底了。也就被固定在海底了。 永久導(dǎo)向架上的導(dǎo)引繩一端固定于導(dǎo)向架永久導(dǎo)向架上的導(dǎo)引繩一端固定于導(dǎo)向架上，另一端將在平臺(tái)上被恒張力的導(dǎo)引繩上，另一端將在平臺(tái)上被恒張力的導(dǎo)引繩張緊。不論平臺(tái)如何升沉，

6、張緊。不論平臺(tái)如何升沉，導(dǎo)引繩總是處導(dǎo)引繩總是處于張緊狀態(tài)。于張緊狀態(tài)。10第二步是鉆第二步是鉆2626英寸直徑井眼英寸直徑井眼 第二步是鉆26英寸直徑井眼，下20英寸直徑套管。這層套管的作用是用來封隔海底膠結(jié)性很差的地層，通常下至泥線以下大約300米。 在鉆20英寸直徑套管的井眼時(shí)，要求使用隔水管和一套分離器。用鉆井液或海水鉆井，但鉆井液或海水必須返到平臺(tái)上，這樣做的目的是防止萬一碰到淺氣層時(shí)，可以對(duì)其實(shí)施控制。11 如果表層段有淺氣層，則較為復(fù)雜。由于此時(shí)還沒有表層套管，所以無法安裝防噴器系統(tǒng)，鉆進(jìn)淺氣層是在沒有防噴器情況下進(jìn)行，具有一定的危險(xiǎn)性。 所以必須要有隔水管系統(tǒng)，能夠進(jìn)行循環(huán)，將

7、地層流體有控制地引導(dǎo)到平臺(tái)上進(jìn)行處理。在隔水管的頂部要安裝“旋轉(zhuǎn)防噴器”，實(shí)際上是一個(gè)可進(jìn)行邊噴邊轉(zhuǎn)的防噴器。12鉆井工藝問題及作業(yè)技術(shù)措施鉆井工藝問題及作業(yè)技術(shù)措施 問題在于問題在于：隔水管的直徑為隔水管的直徑為406.4-609.6mm406.4-609.6mm（16-24in16-24in），一），一般多使用般多使用508mm508mm（20in20in）隔水管。而鉆表層套管井段的鉆頭）隔水管。而鉆表層套管井段的鉆頭直徑為直徑為660.4mm660.4mm（26in26in），），不可能從隔水管內(nèi)通過。不可能從隔水管內(nèi)通過。 為了解決此問題，就使用為了解決此問題，就使用可張鉆頭可張鉆頭。

8、此類鉆頭有三個(gè)可張牙。此類鉆頭有三個(gè)可張牙輪，在張開之前直徑較小，可以通過輪，在張開之前直徑較小，可以通過508mm508mm（20in20in）隔水管，）隔水管，張開之后直徑可達(dá)張開之后直徑可達(dá)660.4mm660.4mm（26in26in）。）。 在等待水泥凝固期間，在等待水泥凝固期間，組裝并連組裝并連接好水下防噴器組（接好水下防噴器組（BOPBOP）和隔）和隔水導(dǎo)管下入水導(dǎo)管下入并連接到套管頭上。并連接到套管頭上。 下入過程中，切記將連接在隔水下入過程中，切記將連接在隔水管柱上的管柱上的防噴器不應(yīng)該關(guān)閉防噴器不應(yīng)該關(guān)閉，這，這與常規(guī)下套管（陸上）時(shí)向套管與常規(guī)下套管（陸上）時(shí)向套管柱里灌

9、泥漿的原理相似。柱里灌泥漿的原理相似。 海底第三步，鉆第三步，鉆l7 l7 1 1/ /2 2英寸直徑的井眼英寸直徑的井眼 為下入為下入13 13 3 3/ /8 8英寸直徑的套管作準(zhǔn)備。該層套管英寸直徑的套管作準(zhǔn)備。該層套管用來封閉上部淺地層，這和陸上的表層套管作用用來封閉上部淺地層，這和陸上的表層套管作用一致，一般根據(jù)井下地層條件下至一致，一般根據(jù)井下地層條件下至10001000米左右。米左右。 自鉆該層套管井眼起，才開始正常的鉆井作業(yè)，自鉆該層套管井眼起，才開始正常的鉆井作業(yè)，即開始使用常規(guī)鉆井作業(yè)的程序和技術(shù)，進(jìn)行水即開始使用常規(guī)鉆井作業(yè)的程序和技術(shù)，進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)、泥漿性能優(yōu)選、優(yōu)

10、化鉆井參數(shù)等。力參數(shù)設(shè)計(jì)、泥漿性能優(yōu)選、優(yōu)化鉆井參數(shù)等。 該層套管井段鉆完后，洗井，用鉆桿柱與套管頭相連，送至泥線處，將其座掛在表層套管頭上。 然后用海上特殊固井工藝進(jìn)行注水泥固井。上返高度一般在上層套管鞋以上50-100米，上返高度過高容易造成水泥漿返至防噴器組和隔水導(dǎo)管內(nèi)而造成嚴(yán)重事故。 套管頭套管頭 在水泥凝固后，再次開鉆前，先用專用下入工具下入抗磨補(bǔ)心?？鼓パa(bǔ)心是用來保護(hù)套管頭內(nèi)部錐面免受鉆進(jìn)時(shí)鉆頭、鉆柱的碰撞而造成損壞。 抗磨補(bǔ)心抗磨補(bǔ)心第四步，鉆下一層技術(shù)套管井眼第四步，鉆下一層技術(shù)套管井眼 技術(shù)套管的層數(shù)也是根據(jù)地層壓力和地層破裂壓力技術(shù)套管的層數(shù)也是根據(jù)地層壓力和地層破裂壓力梯

11、度來決定，只是在各層套管結(jié)構(gòu)和尺寸上，梯度來決定，只是在各層套管結(jié)構(gòu)和尺寸上，要精要精心設(shè)計(jì)心設(shè)計(jì)。 因?yàn)榫斫Y(jié)構(gòu)一旦選定，各層套管的附屬設(shè)備（如因?yàn)榫斫Y(jié)構(gòu)一旦選定，各層套管的附屬設(shè)備（如套管頭、抗磨補(bǔ)心、密封總成等）和下入工具都是套管頭、抗磨補(bǔ)心、密封總成等）和下入工具都是配套使用，配套使用，各尺寸間不能減少和超越。各尺寸間不能減少和超越。19p目前我國深水地區(qū)的浮式鉆井系統(tǒng)采用目前我國深水地區(qū)的浮式鉆井系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的海底井口標(biāo)準(zhǔn)的海底井口，通，通常包括常包括762mm（ 30in）導(dǎo)管頭、高壓井口頭臨時(shí)導(dǎo)向基座、）導(dǎo)管頭、高壓井口頭臨時(shí)導(dǎo)向基座、永久導(dǎo)向基座和井口防腐帽等。永久導(dǎo)向基座和

12、井口防腐帽等。p各層各層套管懸掛器套管懸掛器下端下端與相應(yīng)的套管連接，上部內(nèi)螺紋則連接與相應(yīng)的套管連接，上部內(nèi)螺紋則連接下入工具，固水泥后用密封組件將套管環(huán)空封隔。下入工具，固水泥后用密封組件將套管環(huán)空封隔。p鉆井時(shí)高壓井口頭與海底防噴器下部的液壓連接器相接。鉆井時(shí)高壓井口頭與海底防噴器下部的液壓連接器相接。臨臨時(shí)棄井時(shí)棄井時(shí)卸掉防噴器，接上井口防腐帽，時(shí)卸掉防噴器，接上井口防腐帽，擠入防腐擠入防腐液保護(hù)好液保護(hù)好井口。井口。 典型水下井口結(jié)構(gòu)典型水下井口結(jié)構(gòu)20寸套管頭7寸懸掛器9 5/8寸懸掛器13 3/8寸懸掛器井口載荷問題井口載荷問題 當(dāng)水下井口設(shè)置后，當(dāng)水下井口設(shè)置后，井口對(duì)載荷的要

13、求是很苛刻的井口對(duì)載荷的要求是很苛刻的。各層套。各層套管都是通過套管懸掛器懸掛在井口，各層套管之間都用密封管都是通過套管懸掛器懸掛在井口，各層套管之間都用密封總成將其環(huán)形空間密封，套管柱與密封總成之間均通過機(jī)械總成將其環(huán)形空間密封，套管柱與密封總成之間均通過機(jī)械連接相互配合，對(duì)井口過大的正負(fù)載荷（拉伸和壓縮）都會(huì)連接相互配合，對(duì)井口過大的正負(fù)載荷（拉伸和壓縮）都會(huì)造成井口損壞。造成井口損壞。 在套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，井口載荷必須是一個(gè)認(rèn)真考慮的因素。在套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，井口載荷必須是一個(gè)認(rèn)真考慮的因素。 一般在設(shè)計(jì)管柱時(shí)，均考慮給套管柱施加一個(gè)一般在設(shè)計(jì)管柱時(shí)，均考慮給套管柱施加一個(gè)預(yù)拉力預(yù)拉力，

14、其大，其大小應(yīng)和套管柱可能產(chǎn)生的彎曲、套管柱的伸長和強(qiáng)度、上層小應(yīng)和套管柱可能產(chǎn)生的彎曲、套管柱的伸長和強(qiáng)度、上層套管柱的強(qiáng)度，井口可承受的載荷能力一起來考慮。套管柱的強(qiáng)度，井口可承受的載荷能力一起來考慮。 22用半潛式鉆井平臺(tái)或鉆井船用半潛式鉆井平臺(tái)或鉆井船鉆海底基盤的鉆井（開發(fā)井）鉆海底基盤的鉆井（開發(fā)井） 用半潛式鉆井平臺(tái)或鉆井船鉆海底基盤的鉆井，在下放鉆井水下設(shè)備和鉆井工藝方面，與海洋勘探鉆井基本一樣，所不同的是要預(yù)先下放安裝預(yù)鉆井的海底基盤和進(jìn)行叢式井或水平井的鉆井。第一步，下放安裝鉆井的海底基盤第一步，下放安裝鉆井的海底基盤 首先下放安裝鉆井的海底基盤。通過對(duì)準(zhǔn)海底基盤四個(gè)樁柱導(dǎo)向

15、孔（孔徑一般為40in）的任一導(dǎo)向孔，分別鉆孔（鉆深80-120m）； 下入專用導(dǎo)向柱、用水泥固井的方法將海底基盤導(dǎo)向孔中的專用導(dǎo)向柱與海底固定（海底基盤導(dǎo)向孔與專用導(dǎo)向柱也同時(shí)用水泥固牢）。 24第二步，鉆井作業(yè)（叢式集束鉆井）第二步，鉆井作業(yè)（叢式集束鉆井）其次進(jìn)行鉆井作業(yè) 半潛式平臺(tái)或鉆井船進(jìn)行海底基盤的鉆井作業(yè)，大多采用叢式集束鉆井的方法（即對(duì)全部需要鉆井的井孔，采用同一工藝和鉆具，逐一鉆同一井段的孔），鉆定向井或水平井。 當(dāng)鉆集束井在移動(dòng)井位時(shí)，需用無人有纜遙控水下作業(yè)船（簡稱ROV），進(jìn)行水下井口的觀察、監(jiān)視、摘取并安裝新的井口頭與液壓聯(lián)結(jié)器之間的密封鋼圈后，進(jìn)行另一口井的集束鉆井

16、作業(yè)。（二）泥線懸掛系統(tǒng)（二）泥線懸掛系統(tǒng)泥線懸掛系統(tǒng)是專門為泥線懸掛系統(tǒng)是專門為座底式和座底式和自升式平臺(tái)自升式平臺(tái)鉆井設(shè)計(jì)的鉆井設(shè)計(jì)的種裝置，種裝置，在泥線（即海底面）或在泥線以在泥線（即海底面）或在泥線以下為多層套管柱的懸掛和拆卸提下為多層套管柱的懸掛和拆卸提供了一種便利條件。供了一種便利條件。使用泥線懸掛系統(tǒng)后，各層套管使用泥線懸掛系統(tǒng)后，各層套管在泥線附近處就易于安裝、拆卸在泥線附近處就易于安裝、拆卸和再次安裝。座底式或自升式鉆和再次安裝。座底式或自升式鉆井平臺(tái)鉆成井后可自行撤離。井平臺(tái)鉆成井后可自行撤離。在鉆井過程，這種方法使得套管在鉆井過程，這種方法使得套管柱重量支承在泥線處，從

17、而柱重量支承在泥線處，從而減輕減輕了鉆井平臺(tái)承受的負(fù)荷了鉆井平臺(tái)承受的負(fù)荷。 自升式平臺(tái)對(duì)具有海底基盤的鉆井方法自升式平臺(tái)對(duì)具有海底基盤的鉆井方法自升式平臺(tái)對(duì)具有海底基盤的鉆井方法，類似于半潛式鉆井平臺(tái)具有海底基盤的鉆井。不同的是： 自升式平臺(tái)是利用鉆臺(tái)底座上的液壓爬行機(jī)構(gòu)來移動(dòng)井位； 下入的是泥線懸掛井口頭； 自升式平臺(tái)類似固定平臺(tái)鉆井，而不同于浮式鉆井（浮式鉆井必須采用鉆柱升沉補(bǔ)償器）。鉆井工藝特點(diǎn)鉆井工藝特點(diǎn) 當(dāng)表層套管從泥線處回接到鉆井平臺(tái)上后。即可用當(dāng)表層套管從泥線處回接到鉆井平臺(tái)上后。即可用常規(guī)陸用防噴器組安裝在表層套管頭上，常規(guī)陸用防噴器組安裝在表層套管頭上，實(shí)現(xiàn)對(duì)井實(shí)現(xiàn)對(duì)井的壓

18、力控制，從而使得各項(xiàng)鉆井工藝也和陸上完全的壓力控制，從而使得各項(xiàng)鉆井工藝也和陸上完全相同。相同。 通常在使用泥線懸掛裝置時(shí)，均采用奪通常在使用泥線懸掛裝置時(shí)，均采用奪30”30”20”20” 13 3/8”13 3/8”9 5/8”9 5/8”7”7”的的標(biāo)準(zhǔn)海上套管程序標(biāo)準(zhǔn)海上套管程序（井身結(jié)構(gòu)）（井身結(jié)構(gòu)）。 第一步第一步開始時(shí)是將開始時(shí)是將3030英寸的導(dǎo)管用英寸的導(dǎo)管用水力噴射水力噴射、或者鉆、或者鉆井、或者直接用氣錘打入就位，并根據(jù)海底條件將井、或者直接用氣錘打入就位，并根據(jù)海底條件將3030英寸英寸導(dǎo)管頭導(dǎo)管頭安裝于相對(duì)泥線適當(dāng)?shù)奈恢?。安裝于相對(duì)泥線適當(dāng)?shù)奈恢?。將這層導(dǎo)管柱延伸到平臺(tái)上。在鉆井平臺(tái)將將這層導(dǎo)管柱延伸到平臺(tái)上。在鉆井平