开路钻井:深水技术新方向

2025-07-16 21:42:00

由于海水的存在,海洋钻井常用到隔水管,顾名思义,隔水管的主要作用就是隔绝海水,便于钻井过程中钻井液在平台与海底之间的循环。隔水管安装是一项费时费力的工作,1000米的隔水管安装往往需要3天左右的时间,深水钻井作业日费可高达500万元以上,隔水管安装需要花费大价钱;安装和使用隔水管钻井,还一定程度上打破了地层原有的压力体系,必须配以压力控制钻井、双梯度钻井等技术,才能满足深水钻井井筒压力控制的需要。基于使用隔水管钻井存在的这些问题,现代海洋钻井发展了无隔水管海洋钻井——开路钻井。

开路钻井井口敞开于海底,钻井液不循环回平台,其井底压力等于海水静压力加上泥线到井底深度的钻井液液柱压力,可以应对深水钻井窄压力窗口、海底低温等难题,还可以使用交叉作业手段,大幅度提高作业效率。但是,开路钻井钻井液不能循环回平台,既污染海水,又不经济,同时井口敞开时不易控制井喷问题,这也是开路钻井的致命缺点。

为了能够利用开路钻井的优点,又能够避免开路钻井的缺点,人们又研究出了无隔水管钻井液回收系统(RiserlessMudRecoverySystem,简称RMR)。20世纪60年代EnhancedDrilling公司在1969年申请了世界上第一个无隔水管钻井技术专利;2001年挪威ARG公司成功研制无隔水管钻井液回收钻井技术;2003年,在里海首次运用无隔水管钻井液回收钻井技术进行商业开采;20089月,在南海马来西亚水域也成功应用了此技术。

无隔水管钻井液回收系统主要包括水下部分和海面部分。水下部分由海底输送泵、吸入模块、钻井液回收管线、海底防沉垫等组成;海面部分由软管操作平台、控制柜、脐带缆绞车等附属设备组成。无隔水管钻井液回收钻井适用于地层孔隙压力大或者存在浅层水、浅层气的地层,可使用高密度钻井液,能降低浅层流体危害,迅速检测溢流井涌异常情况;无隔水管钻井液回收钻井已从浅水逐渐应用到深水、超深水领域。与浅水相比,深水无隔水管钻井液回收钻井在原理上没有较大的差别,只需要在浅水无隔水管钻井液回收钻井基础上优化海底钻井液举升泵组,增加抗载荷能力等。

无隔水管钻井液回收钻井主要优势有:(1)保持井眼稳定,延伸套管设置长度,降低地层破坏;(2)降低了悬重,增加了钻具系统的机动性能;(3)存在双梯度压力,增加了地层安全密度窗口,可以减少井涌、井喷等情况的发生;(4)因为无隔水管钻井液回收钻井利用钻井液回收管线取代传统意义上海洋钻井隔水管,因此海上钻井平台原本承受的隔水管、钻井液的悬重载荷将会大大减小,大幅度降低了对深水钻井平台的强度性能要求,从而升级的第二代、第三代钻井船便可以用于深水甚至超深水钻井,节省了经济成本;(5)优化井身结构,采用无隔水管钻井液回收钻井,位于上层的井段可适当采用高性能钻井液、降低起下钻和下套管的工程时间、减少钻进所需排量,降低对井壁的冲刷、无需通井、能够进行上层井眼岩屑录井,节省钻井成本;(6)安全环保及经济,无隔水管钻井液回收钻井能够预防浅层气的风险、适应复杂的海底地形、实现零排放,达到国内外法律法规对特定海域的作业环境要求,缩短建井周期,同时降低成本。

无隔水管钻井液回收钻井也存在一些局限性:(1)无隔水管钻井液回收钻井水下设备的安装、维修和拆除的过程高度依赖水下机器人(ROV)的操作,因此对水下机器人要求较高,尤其在安装、拆除过程中,环境因素会对吊装作业产生较大影响;(2)海洋平台远离陆地,海面设备集中安装在甲板上,平台占用面积有限、设备繁多,甚至要采用双层叠放集装箱方式安装,因此对甲板结构有一定强度要求。

截至2019年,无隔水管钻井液回收钻井工艺已经在全世界100多口油井中得以应用,钻井范围广泛分布于墨西哥湾、地中海、澳大利亚北部、北海、里海等地区;钻井最大作业水深从2003年的118米增加到20191419米;在荷兰壳牌公司、英国BP公司、挪威AGR公司等油气公司的半潜式平台、钻井船实施此技术,皆取得了良好的经济效益,克服了传统隔水管产生的钻井难题。由于在解决深水钻井问题中所表现出的巨大优势,被称为拥有极大应用潜力的深水钻井工艺。

阅读原文