深水海洋石油钻井装备发展现状摘要: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70%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90%是在水深超过1000 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。
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21世纪初,工作水深可达3000 m,同时勘探深度也相应提高到9000～12000 m。
据Rigzone网站截至2006207初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。
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 m,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、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3810 m (12500 ft) 、钻深达到1219m (40000 ft)、钻机绞车功率增至5292 kW (7200 hp)的第6代海上半潜式钻井平台。
2009—04,中国海洋石油总公司投资建造的我国首座3000m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2010210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。
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。
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45艘钻井船,其中额定作业水深超过500 m的深水钻井船有40艘,占总数的88.9%。
钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。
2006—07,正在钻井的26 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。
3 深水平台钻机目前,深水平台钻机的作业水深已达3658 m( 12000ft) ,最大钻深12192m (40000ft) 。
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。
Transocean海洋钻探公司根据其丰富的海洋钻井经验,于20世纪90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Maritime Hydraulics公司。
这种无绞车、液缸升降型钻机于1996 年开发,研制出的Ram Rig钻机已基本形成系列,大钩载荷1500～10000 kN。
全液压驱动双井架钻机首先在WestNavion钻井船上配备使用,钻井船工作水深2438 m、钻深10060 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。
3. 2 塔形双井架钻机Transocean公司主要采用塔形双井架, 1998 年在堪称世界最先进、最大的钻井船Discoverer Enter2p rise上首先配备了塔形双井架。
该船外形尺寸为254.5 m ×38.1 m ×18.9 m (长×宽×高) ,可变载荷1.96 ×105 kN, 设计作业水深3048 m, 钻深10668 m。
船上配备的双井架高68.9 m、长24.4m、宽24.4 m,采用2套同类型钻机和相应设备,以及4台驱动功率1. 64 MW的Nat1142P2220型钻井泵,钻井船采用最新的DPS2903DP 型动力定位系统,总功率为6×5.22MW。
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。
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。
20世纪90年代末,业界提出使用水上防喷器(SBOP)、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50%～60%。
国外采用SBOP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。
6 结语随着国内外对石油天然气的需求不断增长,油气资源勘探开发向深海进军已成必然趋势。
我国深海油气开发起步比较晚,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。
为加快我国深水油气勘探开发的速度,有必要本着“引进、消化、吸收、创新、运用”的原则,加大包括深水钻井平台(船)、高效钻机、隔水管系统等在内的前沿高新技术研究力度,研发适用于深水钻井作业的重大装备和技术,形成一整套适合我国深水油气勘探钻井开发的技术体系,为我国的深水勘探和开发提供有效的技术和装备支撑。
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