中国南海深水优快钻井技术探索与应用

＊刘保波 陈彬 李彬

（中海石油深海开发有限公司 广东 518000）

深水优快钻井技术是通过集成先进、适用的技术和装备，优化、创新作业流程，并结合应用新的管理模式而形成的一项系统优化配套技术，旨在大幅提高深水钻井作业效率，降低钻井作业周期和勘探成本。

1.中国南海深水优快钻进面临的困难与挑战

深水钻井相比常规浅水的作业环境、地质条件及装备要求等有较大差异，使得深水优快钻井面临更多的困难与挑战，主要分述如下。

（1）深水浅层地质灾害风险高。①浅层疏松的地层及不稳定的海床。海床不稳定和大的坡度都促成海底易形成滑坡和泥石流，海床浅层疏松、承压能力弱，给深水表层钻井作业造成较大困难：海床锚系力不足、坡度较大，锚泊定位难度大；表层导管找井眼困难；井口下沉风险高等。②浅层水流、浅层气。由于表层钻井液密度受限，且未下隔水管和防喷器组，钻遇高压含水砂层或浅层气时，控制手段有限，如果不能平衡压力，就会引发一系列的钻井问题，如井喷、井漏、井眼垮塌、固井质量差、表层套管及井口下沉、甚至井眼报废。③天然气水合物。钻遇天然气水合物地层时，水合物分解产生的大量气体进入环空，使得环空液柱压力降低，加速了水合物的分解，最终导致井径扩大、井喷、井塌及井口下沉等事故。另外井筒中或海床处水合物的形成，会堵塞钻井液循环通道，及可能影响防喷器与井口的解脱等。

（2）锚泊定位作业效率低。深水锚泊定位出链长度通常大于1500m，且随着水深增加，出链长度及锚链、锚缆尺寸大幅增加，系泊方式大多采用锚链+锚缆复合，主要缺点有：锚泊定位困难、起抛锚作业耗时长（起、抛锚作业需要4～6天）、工作船能力要求高等，导致深水锚泊定位作业效率较低。

（3）更恶劣的海况。每年7-10月为南海台风高发期，统计显示影响南海的台风年平均10次，南海东部自营深水已作业31口井，避台21次，累计影响104天，平均每口井避台0.7次，影响作业3.5天。内波流在南海东部流花和荔湾深水区较强，强内波流的频繁出现对深水井作业影响较大，如2014年锚泊平台南海八号在流花区域某深水井作业遭遇强内波流，平台最大偏移137m。

（4）起下放喷器组及井口作业时间长。深水井采用水下井口，井口及防喷器组距钻台转盘面数千米，相比浅水井，起下防喷器及抗磨补心、密封总成和试压塞等井口作业时间要长数倍。

（5）地层压力窗口窄。通常深水井地层承压能力弱，安全作业压力窗口窄，南海大部分深水井作业安全压力窗口不超过0.2g/cm³，导致漏失和井控风险高、处理难度大、耗时长，井身结构相对更复杂、套管层次更多、作业周期更长。

2.深水优快钻井技术探索

(1)优化井身结构

①简化井身结构。在前期南海深水钻井作业总结、地层三压力系数研究预测结果、深水钻井工艺进步、及深水钻井配套的泥浆、固井体系成熟的基础上，大部分浅至中深的常规深水井井身结构可从四、五开优化为三开完钻，通过尽量延伸二开表层套管下深，封固上部薄弱地层，实现三开完钻，大幅缩短钻井周期。

②井眼尺寸“瘦身”。根据不同井的实际情况，部分井眼尺寸可进行适当“瘦身”，以提高钻进效率，并减少钻井液、固井材料及套管等物资消耗。如对于水深在500～1000m的常规深水井，井深较浅，在进行充分的井口稳定性评估校核并满足要求的情况下，可采用“瘦身”版的井身结构：喷射下入30in导管+16in井眼&13-3/8in套管+12.25in井眼&9-5/8in套管。

(2)优选深水动力定位钻井装置

优选高性能的深水动力定位钻井装置是实现深水优快钻井，提高作业效率的关键方法。省去起、抛锚作业；可变载荷和甲板面积较大，稳性好，井间移位时无需拆、甩井架钻具和卸载；应对恶劣海况相对更灵活、机动，如可自航避离台风，面对强季风天气或遭遇内波流时，可及时调整最佳艏向，大幅降低恶劣海况对钻井装置定位和作业的影响；自航能力强，井间移位或长距离动复员高效，且无需额外主、副拖船。

(3)表层喷射下导管+继续钻进技术

表层喷射下导管+继续钻进技术，该技术省去一开导管固井作业，解决了导管找井眼困难及表层井眼失稳等问题，集钻井、下导管、固井三位一体同时完成，而且可以不用起钻直接进行下个井段的钻井作业，大幅提高表层作业效率。

(4)优快钻进配套技术

①优化钻具组合+引入新工具。上部井段升级采用大尺寸马达钻进，将26in、17.5in或16in井眼钻进使用的9-5/8in马达升级为11-1/4in，以提高钻进效率。直井中、深层钻进采用“垂直导向PV工具+等壁厚直马达”技术，主动防斜打直，充分释放钻井参数，显著提高机械钻速。提高上、下井段钻具组合的通用性，在钻具组合设计时，充分考虑上、下井段钻具的通用性，如一、二开喷射钻具与三开17.5in，甚至四开12.25in钻具组合可以都采用8in钻铤及部分随钻工具，以减少各井段钻具组合的预接和拆甩。引入随钻抗磨补心，它可随钻具组合一同下到井口内，通过预装的销钉剪切脱手后，继续下钻钻进，起钻可直接将抗磨补心带出。引入先进的“套管挂+密封总成”可一趟下入的水下井口系统和工具，并采用密封总成或试压闸板对防喷器组试压，大幅减少井口起下钻作业。

②优化作业程序。优化隔水管试压频率。采用75英尺或者更长的隔水管单根以取代50英尺的，减少隔水管下入数量；延长隔水管试压间隔，做好下隔水管前的检查，将每 10～15根隔水管试压频率优化调整为“1+1+1”，即防喷器入水前试压一次，下隔水管至中间试压一次，连接伸缩节前试压一次，大幅减少隔水管边管试压次数。

③深水优快钻井的钻井液技术。作为钻井的关键技术，深水钻井液要解决因深水海床处低温高压引起的水合物生成，钻井液低温增稠、流变性差，浅层泥页岩地层易水化导致井壁失稳，及作业安全密度窗口窄等问题。因此要实现优快钻井，深水钻井液必须具备极强的抑制性、良好的恒流变性、不易形成水合物等性能，以及维护简单、操作方便，目前南海深水应用比较成熟的两套钻井液体系：“恒流变”合成基钻井液体系和强抑制的HEM聚胺钻井液体系。

④深水优快固井技术。深水固井要克服低温下水泥稠化和强度发展慢、漏失风险大、浅层流及水合物等问题，应具备低密度和防漏失性能；低温早凝早强性能，稠化过渡时间短；良好的防窜性能；低水化热，减小对浅层水合物的影响。目前南海深水固井应用比较成熟的有斯伦贝谢DeepCRETE体系、贝克休斯LiteSet体系及中海油服PC-LoLET体系。

⑤离线非钻机时间作业技术。充分挖掘深水钻井平台强大的离线作业能力，大幅缩短钻前准备、钻井辅助和复员作业占用井口时间。

(5)后勤准备与现场作业一体化技术

海上作业准备前移至陆地，后勤支持服务不局限于物资准备和装船，通过工具改进、工序调整等，将大量工具预接等工作前移至陆地后勤基地，能在陆地进行的绝不带到海上进行，推行“两栖化”作业，缩短海上作业周期。如井口与送入工具、定向随钻工具、水泥头、弃井切割工具预接、及抗磨补心预装等都可以在基地完成。

(6)集中布井、优选作业窗口

①集中布井、优化作业顺序，采用区域钻探，以整体井位间移位距离最短为优化井位作业顺序为原则，避免长距离拖航和频繁动复员，减少井位间移位距离。②优选深水井作业窗口。深水避台临时撤离和复员耗时更长，要起、下数千米的隔水管，且深水井位距后勤基地远，尽量避免7-10月在南海进行深水钻井作业。

3.深水优快钻井技术应用效果

南海东部自营深水探井作业从2012年开始至今已完成作业31口深水井，优快钻井技术从开始探索，到目前推广应用到所有深水探井作业中，从2012年深水探井作业2500m当量平均钻井周期为27.59天，逐步下降至2020年常规深水井2500m当量平均钻井周期为11.82天（不含高温高压井），2500m当量钻井周期缩短57%，提效显著。

4.结论与建议

（1）不断优化井身结构设计是深水井优快钻井的前提，从工艺上大幅简化深水钻井施工难度，减少作业量。（2）深水钻井相比浅水钻井面临更多的浅层地质灾害，良好的深水钻井液和水泥浆性能是保证深水井优快作业的关键。（3）优选高端深水动力定位钻井装置是在南海深水区恶劣海况下进行深水安全及优快钻井作业的保障。（4）深水优快钻井应打破常规井作业模式和思维，不断引入先进、合适的工具，优化、创新作业程序，通过工具和技术的进步促进深水优快钻井技术的发展。（5）南海深水钻井作业建议尽量避开每年的7-10月份的台风高发期，以降低作业风险，减小因台风影响的非生产时间。