雙梯度鉆井技術(shù)

雙梯度鉆井技術(shù)雙梯度鉆井技術(shù)簡(jiǎn)介雙梯度鉆井〔雙密度鉆井〕(DualGradientDrilling)是一種非傳統(tǒng)鉆井方(RL)把鉆井液和鉆屑從海底循環(huán)到海面鉆井船60年月提出的一項(xiàng)技術(shù)，由于它能夠速進(jìn)展，取得了一系列成果。雙梯度鉆井的原理[30]海水(或不使用隔水管)，承受海底泵和小直徑回流管線旁路回輸鉆井液；或在液柱壓力來(lái)產(chǎn)生，井底壓力表示為：p 0.0098CD

HCD TVD

(3-1)式中 pCDH

——常規(guī)鉆井井底壓力，Mpa；——井總垂直深度，m；TVDCD

——常規(guī)鉆井液密度，g/cm3。為：pDGD

0.0098Hw w

0.0098

DGD

HTVD

H (3-2)W式中

DGD

——DGD井底壓力，Mpa；H ——水深，m；w ——海水密度，g/cm3；w——DGD鉆井液密度g/cm3。DGD圖3-1疏發(fā)生井漏事故。因此，為了保證井身的質(zhì)量，需要下多層套管柱。而承受DGD鉆井液靜水壓力降低鉆井費(fèi)用。(b)3-1雙梯度與常規(guī)單梯度靜水力學(xué)梯度比照3-2雙梯度鉆井原理圖[31]雙梯度鉆井的優(yōu)點(diǎn)[32][33]323百萬(wàn)美65%，每口井500萬(wàn)-1500萬(wàn)美元；②增加了調(diào)整鉆井液密度的窗口，可以降低鉆井液的漏失；〔技術(shù)〕可以明顯降低非作業(yè)時(shí)間；④鉆穿產(chǎn)油層時(shí)可以保持大井眼鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)快速、大油管完井；管分別操作時(shí)只會(huì)有很少的泥漿釋放到環(huán)境中；問(wèn)題等；術(shù)相比，可以用更小、更廉價(jià)的鉆井設(shè)備鉆更深的深水井，可以承受3D鉆井系統(tǒng)作業(yè)；低；探。雙梯度鉆井的缺點(diǎn)[33]①需要增加設(shè)備，在肯定程度上會(huì)增加鉆井本錢(qián)；②相關(guān)技術(shù)不成熟，會(huì)帶來(lái)肯定的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；③檢測(cè)和處理井涌會(huì)有一些困難，會(huì)消滅井控等安全方面的問(wèn)題。雙梯度鉆井技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀5000ft〔10000ft的深水鉆探〕這四個(gè)工程是Shell3底泵舉升鉆井液、和雙密度鉆井。國(guó)外的康納和石油公司〔Conoc、美國(guó)貝克休斯公司、TransoceanSedcoForex公司、殼牌石油公司、毛勒技術(shù)公司、AGRSubsea公司、路易斯安那大學(xué)等都在致力于雙梯度鉆井技術(shù)的爭(zhēng)論。SMDJIP研發(fā)海底泥漿舉升鉆井系統(tǒng)，SMDJIP是唯一進(jìn)展全尺寸海上試驗(yàn)的雙梯度鉆井系統(tǒng)，SMDJIP使用平臺(tái)“DiamondNew202382420231014136區(qū)塊進(jìn)展海上試驗(yàn)，目前已投入工業(yè)應(yīng)用。DeepVisionJIP研發(fā)DeepVision雙梯度鉆井系統(tǒng)，工程于2023年成功完成包括海底泵和掌握系統(tǒng)在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備的室內(nèi)試驗(yàn)。Shell19962023年下半年進(jìn)入應(yīng)用階AGRSubsea公司開(kāi)發(fā)的無(wú)隔水管鉆井液回收(RMR2023(OTC)技術(shù)獎(jiǎng)，該系統(tǒng)已通過(guò)挪威爭(zhēng)論委員會(huì)的認(rèn)證，已WestAzeriMaurer技術(shù)公司擔(dān)當(dāng)?shù)拿绹?guó)能源部的工程“欠平衡鉆井產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)巴西國(guó)家石油公司(Petrobras)共同爭(zhēng)論了隔水管氣舉雙梯度鉆井技術(shù)?！踩A東進(jìn)展自主創(chuàng)，為開(kāi)發(fā)南海打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)根底。雙梯度鉆井技術(shù)詳述雙梯度鉆井實(shí)現(xiàn)方法3-3所示：①海底泵舉升鉆井液間隙，實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。泵、電潛泵。3-3雙梯度鉆井方法分類②無(wú)隔水管鉆井無(wú)隔水管DGD所使用的設(shè)備有：水下旋轉(zhuǎn)掌握設(shè)備(SSRCD)和遠(yuǎn)程掌握設(shè)備(ROV)。遠(yuǎn)程掌握設(shè)備(ROV)又稱水下機(jī)器人，可以通過(guò)調(diào)整泥線上的節(jié)流閥來(lái)調(diào)整回壓。假設(shè)ROV(BHP)過(guò)平衡狀態(tài)。假設(shè)使用海水鉆進(jìn)，則返出的海水和巖屑就可以直接排到海中。③雙密度鉆井雙密度鉆井是在隔水管中注入低密度流體(空心微球、低密度流體、氣體),,依據(jù)注入流體的不同又分為：注空心球、注氣和注低密度流體3種方法。雙密度鉆井方法需要隔水管，無(wú)舉(注氣)方案(risergaslift)(見(jiàn)圖3-4)和Maurer注空心玻璃球(HGS)方案(見(jiàn)圖3-5)。3-4隔水管氣舉〔注氣〕方案3-5Maurer[30]雙梯度鉆井各類系統(tǒng)介紹[30]①Conoco、Hydril海底鉆井液舉升鉆井系統(tǒng)海底鉆井液舉升鉆井系統(tǒng)〔SMD〕3-6所示。SMD系統(tǒng)由兩大類設(shè)備組成:常規(guī)的鉆井設(shè)備和具有特別用途的型鉆井設(shè)備，其中地面設(shè)備與常規(guī)鉆井設(shè)備一樣(或者經(jīng)過(guò)升級(jí)改造)，系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備和裝置包括：40mm速度和其它意外狀況，可使用多路回流管線和其它的設(shè)備。分析為系統(tǒng)供給安全保證，包括由鉆井作業(yè)、隔水管分析、設(shè)備設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和試井小組的代表組成的HAZOP井控小組編寫(xiě)全部鉆井作業(yè)和井控程序，并對(duì)其進(jìn)展評(píng)估、檢查，開(kāi)展井控實(shí)例HAZOP分析，并對(duì)其進(jìn)展修改。3-6海底鉆井液舉升系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖、TransoceanDeepVision雙梯度鉆井系統(tǒng)DeepVision系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙梯度鉆井的原理與 SMD技術(shù)相像，不同點(diǎn)是DeepVision系統(tǒng)應(yīng)用了連續(xù)管鉆井技術(shù)，海底使用國(guó)民油井公司〔 National制造的電動(dòng)離心泵。離心泵葉片粉碎巖屑、水泥、橡膠等，保證海底泵1~5個(gè)離心泵。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)調(diào)整離心泵的速率掌握井底壓力。鉆井液和鉆屑通過(guò)隔水管外的回流管線返回海面。在DeepVision系統(tǒng)中，承受旋轉(zhuǎn)掌握頭將隔水管和井眼隔開(kāi)隔水管內(nèi)布滿海水隔水管用于下放和回收海底設(shè)備和離心泵系統(tǒng)，以及支撐動(dòng)力和掌握管纜。利用DeepVision爭(zhēng)論的海底馬達(dá)和離心泵，推出了DeltaVisionTM、DeltaVisionPlusTM兩個(gè)升級(jí)方案，DeltaVisionTM、DeltaVisionPlusTM的概念是將海底泵組下入到適當(dāng)水深〔900-1500m，補(bǔ)充環(huán)空當(dāng)量循環(huán)密度偏差，而不是局部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性。③Shell海底泵系統(tǒng)3-7SSPS系統(tǒng)[34]SSPS實(shí)現(xiàn)雙梯度鉆井的原理與SMD和DeepVision類似，不同的是SSPS6分別留在海底，另一方面，在鉆井液進(jìn)入海底電潛泵前裂開(kāi)鉆井液中外徑大于1%，增加了系統(tǒng)的牢靠性。④AGRRMR系統(tǒng)挪威AGRSubsea公司開(kāi)發(fā)的無(wú)隔水管鉆井液回收系統(tǒng)承受重的抑制性鉆井3-8RMR系統(tǒng)示意圖。3-8RMR系統(tǒng)[35]⑤MTI3-9Maurer空心微球雙梯度鉆井系統(tǒng)[36]MTI空心微球雙梯度鉆井系統(tǒng)的原理如圖3-9入隔水管內(nèi)連續(xù)循環(huán)。3-10低密度鉆井液混合示意圖⑥LSU隔水管氣舉雙梯度鉆井系統(tǒng)以及井內(nèi)流體在經(jīng)過(guò)輕流體較大程度的稀釋后，其攜巖力量的變化狀況。⑦DGS隔水管稀釋系統(tǒng)DGS隔水管稀釋系統(tǒng)應(yīng)用鉆井基液或鉆井基液乳化劑作為低密度流體，基〔或泥線下〕注入隔水管內(nèi)，調(diào)整注入速率，使隔水管內(nèi)高密度的鉆井液和注入基液，該系統(tǒng)不需要特別的海底裝置。DGS系統(tǒng)能在一3-11DGS系統(tǒng)示意圖。3-11DGS隔水管稀釋系統(tǒng)1-隔水管； 2-隔水管充液管道； 3-基液的隔水管環(huán)空注入點(diǎn)；4-環(huán)空中向上流的混合流體；5-鉆柱內(nèi)往下流的泥漿；6-環(huán)空中泥漿與鉆屑的混合物。雙梯度鉆井的水下裝備[31]33-1。3-1雙梯度鉆井用水下裝備的類型泵類型及其驅(qū)動(dòng) 海水與泥漿分別系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)電潛泵的分別裝置

巖屑處理系統(tǒng)使用振動(dòng)篩篩選出6.35mm〔0.25英寸〕以上的巖屑顆粒，并排入海底。承受巖屑?jí)核樵O(shè)備將巖屑海水動(dòng)力驅(qū)動(dòng)隔膜泵 使用海底旋轉(zhuǎn)式分別器 壓碎成小于38mm(1.5英寸)的顆粒。電力驅(qū)動(dòng)離心泵

承受水下海水-泥漿分別系統(tǒng)

巖屑切碎到小于12.7mm〔0.5〕顆粒。①水下電潛泵系統(tǒng)裝備該系統(tǒng)包括電潛泵組、分別裝置、巖屑處理設(shè)備、隔離工具總成等。6臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的電潛泵串聯(lián)組成，它們位于?！泊成?，再由平臺(tái)上的一般泥漿泵將處理后的泥漿經(jīng)水龍頭泵如鉆桿內(nèi)。回的泥漿中的氣體分別出來(lái)。6.35mm的巖屑切碎，并分別出來(lái)。井筒返回的泥漿通過(guò)此閥流出，并進(jìn)入到海底電潛泵舉升泥漿系統(tǒng)。②水下隔膜泵系統(tǒng)裝備該系統(tǒng)由隔膜泵、巖屑裂開(kāi)機(jī)、旋轉(zhuǎn)分別器等組成。隔膜泵該系統(tǒng)的核心裝備是3-6臺(tái)隔膜泵，每臺(tái)泵的排量為纜絞車和水下電機(jī)等裝備，從而降低本錢(qián)。38mm的微粒。出去。旋轉(zhuǎn)分別器承受橡膠元件來(lái)密封住鉆柱和旋轉(zhuǎn)體。③水下離心泵系統(tǒng)裝備該系統(tǒng)由離心泵組、分別裝置等組成。1-5臺(tái)，離心泵3級(jí)。離心泵為咀嚼式。分別裝置自海床以上直到鉆井平臺(tái)上的隔水管柱內(nèi)的環(huán)空中布滿著海水，因此，該系統(tǒng)配備有海水-泥漿隔離裝置SMIS(SeawaterMudIsolutionSystem),通過(guò)該裝置將將自井筒返回到海床處的泥漿與海床以上的隔水管柱內(nèi)環(huán)空中的海水隔離開(kāi)來(lái)。雙梯度鉆井的技術(shù)關(guān)鍵但是目前也仍有一些問(wèn)題沒(méi)有得到更好的解決，其中一項(xiàng)就是海水環(huán)境污染問(wèn)題。通過(guò)大量文獻(xiàn)的調(diào)研，現(xiàn)總結(jié)雙梯度鉆井的技術(shù)關(guān)鍵如下：目前一般承受海底泥漿泵將井筒環(huán)空返回的泥漿泵送到平臺(tái)上。分別裝置實(shí)現(xiàn)此目的，此裝置下接防噴器上接隔水管。泵將低密度鉆井液從海底處的基液入口點(diǎn)泵入隔水管環(huán)空。泥漿與巖屑混合物進(jìn)入海底泵前的處理問(wèn)題，為了防止巖屑對(duì)海底泵海水的污染，此問(wèn)題尚需更完善的方法解決。后還要重生成重鉆