東方堪探1號

　　隨著科技進步和人類對海洋石油資源認知水平的不斷提高，海洋油氣已從常規水深(小于500m)向深水(500～1500m)和超深水(大于1500m)進軍，深水油氣田的開發正在成為世界石油工業的主要增長點和世界科技創新的熱點。

　　鉆井作業時間主要受海洋氣象條件、鉆井設計和平臺動復員時間以及平臺作業能力等影響，主要包括基本鉆井時間，與水深相關的時間，地層有關的作業時間，各種風險、不可預知的意外事故的處理時間與海洋氣象條件影響的非作業時間等。研究如何減少鉆井作業時間引起了深水鉆井技術與隔水管技術的巨大變革，并隨之產生了雙梯度鉆井技術和與之相應的雙梯度專用鉆井隔水管系統等創新技術。

 一、隔水管技術

　　當前，海上鉆井使用的主要是單梯度鉆井技術。該技術在同尺寸的井眼中只有一個液柱梯度，即井底壓力由海面到井底的鉆井液柱壓力來產生，鉆井液柱壓力梯度均以海面為參考點。在深水鉆井中，由于海底疏松的沉積物和海水柱影響，地層壓力和破裂壓力之間的間隙很小，使得鉆井非常困難。國外20世紀90年代發展的雙梯度技術很好地解決了這個問題，雙梯度鉆井是一種控制壓力鉆井技術，其施工思路是：隔水管內充滿海水，采用海底泵和小直徑回流管線旁路回輸鉆井液；或在隔水管中注入低密度介質(空心微球、低密度流體、氣體)，降低隔水管環空內返回流體的密度，使之與海水相當，在整個鉆井液返回回路中保持雙密度鉆井液體系，有效控制井眼環空壓力、井底壓力，克服深水鉆井中遇到的問題。

　　雙梯度鉆井泥漿返回海洋隔水管系統采用新的設計以充分利用雙梯度鉆井和欠平衡鉆井的優點，且沒有失去作為傳統的鉆井隔水管系統的功能。系統將大直徑泥漿返回線和隔水管隔離工具平穩集成于鉆井隔水管系統，能夠同時滿足未來雙梯度鉆井和目前的傳統鉆井的需要。該系統的顯著優點：更高的返回泥漿速度；振動篩上的持續流；減少鉆井泥漿的需求；減小隔水管的張力需求；隔水管中鉆井泥漿體積減小，減小了緊急脫離時鉆井泥漿對環境的影響。

 二、夾式隔水管系統

　　在海洋深水鉆井作業中，鉆井隔水管長度增加，隔水管作業時間隨之增加，減少隔水管作業時間對于減少鉆井作業時間具有重要意義。隔水管連接方式及其效率是隔水管技術的重要組成部分。傳統的隔水管系統采用螺栓法蘭式連接，其優點在于采用法蘭式連接，隔水管系統連接強度大，使得隔水管系統能夠滿足在惡劣海況和超深水海域進行鉆井作業的要求。但是由于它重量大，可能限制鉆井水深；螺栓法蘭連接使隔水管作業效率低，隔水管作業時間過長，增加了非生產時間。

　　夾式隔水管是一種卡口式快速連接鉆井隔水管技術。該技術采用炮栓型接頭實現隔水管的快速作業，它的簡易性和快速下放性能使得它成為深水鉆井的理想裝備。作業時，當兩根隔水管單根對接完成后，壓入上部隔水管單根，旋轉炮栓接頭的載荷環/鎖緊環將兩個單根鎖定完成連接，作業中不需要螺栓、多線程或任何預加載荷。這項技術最大的優點是顯著提高隔水管作業速度，其連接速度是法蘭連接的兩倍，可以每小時7到8根的速度組裝隔水管柱，一年可節省10～15天的作業時間。

 三、自由站立隔水管技術

　　在深海區鉆探，鉆完井活動受到惡劣天氣條件的嚴重影響。隨著勘探水域水深的增加，在惡劣天氣到來之前需要花費數天時間才能將隔水管收回，深水中收回隔水管非常耗時。

　　國外石油公司正在研制一種FSDR設備，旨在減少鉆井隔水管下放與收回所需要的時間。安裝于隔水管上部單根的空氣罐保持FSDR處于張力狀態。空氣罐以下，FSDR包含傳統的鉆井隔水管裝備。在隔水管的上部是一些隔水管單根(數量取決于水深)，采用改型的鉆井隔水管單根，外圍分布空氣罐以提供浮力。空氣罐底部開口以吸入空氣。每個空氣罐能夠提供足夠的浮力。大約20個空氣罐可以支持處于脫離狀態的泥漿和鉆桿的獨立式隔水管。在隔水管的可收回部分采用4根改型的鉆井隔水管，對隔水管單根的唯一改進在于為空氣罐浮力塊增加的兩根空氣管線。上部4根隔水管單根不采用泡沫浮力塊。一個包含接口部件的上部海洋隔水管包將上部可撤回部分與下部的獨立式部分連接為一體。當FSDR下放且固定于海底之后，注入空氣排開空氣罐中灌入的海水。當有數量要求的空氣罐中的海水被排空后，隔水管將自由站立。

　　在風暴到來前，FSDR在靠近海平面處脫離，剩余長的隔水管柱(包括防噴器)與海面以下保持安全和自由站立狀態以在風暴中自存。FSDR的主要優點是保證浮船安全撤離所需要的時間，也就潛在增加了或者最大化了鉆井時間。譬如在2300米水深情況下，撤回傳統隔水管需要3～5天時間，而FSDR僅需幾小時，給深水鉆井作業帶來巨大收益。風暴結束后，一旦回歸到井位，隔水管再入時間縮短，鉆井作業可很快恢復。

四、非鋼質鉆井隔水管技術

　　深水鉆井隔水管的材料，從本質上講就是需要增加隔水管單根的強度/重量比，從而減小對浮力裝置的要求。

　　復合材料在鋼質隔水管的節流和壓井管線的設計和實驗應用上已經取得了較大進展，將這一技術應用于隔水管主管設計可形成復合材料鉆井隔水管。復合材料隔水管采用碳纖維與環氧硬脂酸酯等高分子化學成分制成，復合材料隔水管的重量僅為鋼質隔水管重量的1/2。世界上第一個復合材料鉆井隔水管在位于北海的挪威國家石油公司一個張力腿平臺上進行作業并得到成功測試。碳纖維復合材料隔水管具有許多期望的屬性，如重量輕、抗腐蝕、抗疲勞、絕熱等。在900米深的水域，復合材料隔水管所需甲板重量與存儲空間比鋼質隔水管減少39%，復合材料隔水管裸單根的重量是鋼質隔水管的68%，配置浮力塊的復合材料隔水管單根的重量為鋼質隔水管重量的84%，復合材料隔水管所需的浮力塊是鋼質隔水管所需數量的72%。

　　鈦非常輕、堅固，抗腐蝕、抗疲勞與機加工性能均好。在極限條件下，鈦合金隔水管對于避免隔水管碰撞是必要的，并且不需要對已經設計的甲板結構進行較大修改。但成本問題一直是鈦隔水管使用的主要阻礙，另一不利因素是鈦的彈性模量較小(約為鋼的一半)，這可能導致懸掛模式下深水鈦合金鉆井隔水管出現較大的軸向動態響應。

　　鋁合金具有鈦的許多特點，但價格便宜得多，是一種很有發展潛力的隔水管制造材料。

　　使用鋁合金隔水管能夠為現有鉆井船增加水深能力40%以上。由于無需進行結構修改現有鉆井船就可以裝備重量輕成本低的隔水管系統，隨著水深性能的增加可以節約相當可觀的時間與成本。

 五、深水可控泥漿帽鉆井技術

　　可控泥漿帽鉆井技術結合在深水鉆井中應用，有著減小海上鉆井平臺的負載，實施對井底壓力精確控制及減少套管層次等諸多優勢。可控泥漿帽鉆井技術在深海中的應用與隔水管及水下設備的發展密切相關。

　　深水鉆井的難點之一在于地層孔隙壓力和地層破裂壓力窗口狹窄。為達到順利安全鉆進的目的，必須對井底壓力進行實時控制。所謂壓力控制鉆井是指通過某種調節手段，始終保持井底壓力略大于地層孔隙壓力而遠小于地層破裂壓力，即在鉆進過程中地層流體始終不進入井筒，從而保證鉆井安全，但又不至于壓死可能的油層。它與傳統近平衡鉆井的區別在于其控制井底壓力更加準確及時，可以根據地層的壓力隨時調節井底壓力，是一種動態的連續的調節方式。根據井底壓力調節手段的不同，壓力控制鉆井分為傳統方式和可控泥漿帽方式。

　　傳統的壓力控制鉆井是指用節流管匯調節環空壓力，從而實現對井底壓力的精確控制。但在深海中由于水較深使得節流管線較長，壓力損耗大，從而造成調節井底壓力范圍較小，使得調控壓力難度較大且操作復雜，這對于實時準確調節井底壓力和井控非常不利。可控泥漿帽鉆井技術與傳統壓力控制鉆井相比調節壓力更加快捷便于操作。

　　南海現已被列為國家十大油氣戰略選區之一，南海約230～300億噸石油地質儲量(占中國總資源量的1/3)亟待開發。但是，我國南海海域特有的強熱帶風暴和內波等災害環境本身就是海洋石油領域的世界性難題。因此，一方面要學習、引進國外先進的深水鉆探技術，另一方面要加強自主創新，譬如研究和開發能有效消減波浪與海流能量的智能型鉆井隔水管，將系統控制技術、傳感技術和自適應技術等智能技術方案引入新型鉆井隔水管等項技術，更好地滿足我國深海水域油氣資源、包括可燃冰等資源勘探、開發的需要。