高温高压井钻井平台甲板可变载荷研究

沈春华 边瑞峰

（中石化海洋石油工程有限公司 上海201206）

高温高压井钻井平台甲板可变载荷研究

沈春华 边瑞峰

（中石化海洋石油工程有限公司 上海201206）

高温高压井作业期间，各类物资存放和常规井完全不一样，对钻井平台甲板可变载荷有更高的要求。针对几种特有的工况，通过计算实例说明高温高压井作业与常规井作业甲板可变载荷之间的区别，为国内海上高温高压井作业平台提供一定的参考，也为钻井作业方平台选型提供一定的依据，并为将来攻克海上超高温高压井提供一些基础信息。

高温高压井；钻井平台；可变载荷

引 言

我国海上油气田同陆地油气田一样，不仅普遍存在异常高压和高温高压的问题，而且同样具有分布范围广、变化范围大的特点。迄今在海上发现的高温高压气井，其温度和压力绝对值都非常高，压力梯度最高可达或超过理论推算的上覆地层压力梯度（即2.31 g/cm3当量钻井液密度），地温梯度达到4℃/100 m以上。2010年至今，笔者参与了北部湾东方区块、崖城区块、陵水区块和乐东区块的高温高压井钻探作业，完成了近几年国内90%以上的海上高温高压井。而高温高压井对作业的钻井平台要求更高，除考虑平台的适应环境、动力设备、钻机能力，还需要对钻井平台的可变载荷提出一定的要求。

1 高温高压井特点

高温高压钻井最显著特点是以高温高压为标志。预计或实测井底温度大于150℃，井口压力大于68.9 MPa且井底压力大于140 MPa的井，称为高温高压井；井底温度大于175℃，井口压力大于105 MPa且井底压力大于140 MPa的井，称为超高温高压井。

对于钻井作业而言，高温既会影响钻井液性能，还会给井下及井口设备、工具、仪器的密封件和软管等造成严重损害；高压则会给钻井作业在高强度设备、器材、工具、仪器仪表的配套，以及高密度钻井液的选用、配制及其维护方面提出更高的要求。在同一裸眼井段中，由于同时存在梯度差值较大的高低压层的处理以及对井身结构选择的特殊需要，因而会给固井、取心、电测及测试作业带来一系列问题。因此，从可变载荷的角度考虑，高温高压井在作业过程中需要较高的泥浆比重、较大的材料储备和更多的专业设备。

2 高温高压井甲板可变载荷

作为承钻海上高温高压井的钻井平台，需要足够的可变载荷以满足不同条件下作业的需求。

表1为国内几座半潜式平台载荷数据表。

表1 国内几座半潜式平台载荷数据

甲板可变载荷包括人员、备件、日用油水、钻井载荷、专业服务设备、防喷器组、钻具、套管、钻井液以及备用的泥浆材料、固井材料、散装材料等。

高温高压井作业期间，钻井平台需堆放更多的物资，常规的钻具、备件、BOP组、ROV机器人等同样适用，此处仅论述与常规井作业时的区别之处。

2.1 套 管

高温高压井通常需要使用壁厚更大、抗扭能力更强的套管。除表层套管以外，各层的技术套管和尾管都与常规井不同，因此根据设计井深的不同，套管使用也有所区别。常用套管参数如表2，表格中有底色的部分为高温高压井常用的套管。

表2 常用套管参数

2.2 固井材料

基于以下四个原因，高温高压井作业必须配备更多的固井材料和铁矿粉等：

（1）由于井底温度较高，水泥浆的配方比较复杂，需要更多品种的试剂材料，以满足水泥浆在高温条件下的流动性和凝固时间要求。

（2）较高的井底压力使仅依靠重晶石难以满足固井用水泥浆的比重和流动性的要求，因此通常使用比重更大的铁矿粉作为加重材料。

（3）高温高压井通常伴有更为复杂的井下情况，常发生井漏、气串等，并且时常需要挤水泥，因此通常要提高材料的备用比例。

（4）高温高压井的水泥浆配方通常比较复杂，有时需要两种以上的混合水泥调制水泥浆，因此平台需要装载更多的水泥。

2.3 钻井液

井筒内的水泥浆始终保持满的状态，除循环用的泥浆池、沉砂池、循环系统管系内部，平台还将剩余的泥浆池都配满，甚至要求有井筒内1.5倍体积的重泥浆（用于井涌发生时及时压井）。高温高压井泥浆比重明显重于常规井，理论最高超过2.31 g/cm3（实际作业遇到的最高压力为2.35 g/cm3）。

2.4 泥浆材料与加重材料

不管是品种还是数量，高温高压井的泥浆材料消耗是常规井的若干倍。若发生井漏井涌，就会有连续的堵漏压井作业，需要消耗很多泥浆处理剂、堵漏材料和重晶石，甚至当平台空间不能满足装载需求时，需要几艘辅助船来储存和及时运输材料。

2.5 专业设备

为高温高压井进行技术服务（录井、固井、测井、井口等）需要更为专业的工具，工具的设计也更为复杂精密。很多时候，同样的服务项目需要更多的设备或备用设备以应付各类复杂情况。这部分设备在一定程度上也增加了平台的载荷。好在专业服务都是根据井深的结构变化随时转移，不会全部放在钻井平台上。

3 几种作业状态的可变载荷计算实例

一般说来，根据井身结构的设计，作业可以分为多个阶段。按照现场的实际作业情况及作业流程，钻井平台不能也不必同时堆放多个阶段的物资，因此不同作业阶段的可变载荷更符合实际需求。

下面以几个比较有特点的工况来对比高温高压井与常规井作业的主要区别。

3.1 拖航状态

表3为拖航状态下常规井与高温高压井甲板可变载荷计算表。

表3 拖航状态下的常规井与高温高压井甲板可变载荷计算t

续表3

3.2 作业状态

作业状态下，应考虑载荷最大的工况。以乐东某高温高压井四开阶段作为计算实例，其井深结构如图1所示。

从井身结构看，在四开阶段需钻井至4 015 m以上，9″5/8套管需下至4 015 m。当钻至4 000 m以上时，平台处于下套管准备期间，此时的甲板载荷在整个作业周期内应是最大载荷。

高温高压井和常规井存在如下区别。

3.2.1 套 管

高温高压井通常使用壁厚更大，抗扭能力更强的套管（常见如9″5/8-53.5套管，79.6 kg/m）。为满足作业需求，通常需要增加20%余量铺排套管，载荷见表4。

表4 9″5/8套管差异

3.2.2 固井材料及设备

高温高压井作业时，仅依靠重晶石很难满足固井用水泥浆的比重和流动性的要求，通常使用比重更大的铁矿粉作为加重材料。

表5为固井设备及材料差异表。

表5 固井设备及材料差异t

3.2.3 泥浆材料

高温高压井的井下情况更为复杂，在高比重的钻井液作用下，发生漏失风险较大，需储备更多的泥浆材料和堵漏材料。事实上由于平台甲板面积的原因，作业时通常还需要有辅助船来存储堵漏泥浆材料和重晶石。在钻遇超高温井时，还需要储备比重更高的超细重晶石，以备应急加重之用。

表6为泥浆材料套管差异表，表7为钻井液差异表。

表6 泥浆材料套管差异t

表7 钻井液差异t

3.2.4 其 他

常规的专业服务设备已无法满足高温高压井的需求，尤其是井下高温对于设备的要求近乎苛刻。国际上，目前能够为高温高压井提供专业技术服务（井口、测井、固井等）的公司并不多，其所用设备也比常规设备多一些。表8为其他专业服务设备差异表。

表8 其他专业服务设备差异

平台作业时可变载荷计算见表9。

表9 作业状态下的常规井与高温高压井甲板可变载荷计算t

3.3 风暴状态

平台作业期间遇到恶劣天气，需要对平台卸载，以确保平台的安全。常规做法是将钻具悬挂于套管内，将泥浆池放空，起万能防喷器，将闸板防喷器置于海底。参考乐东10-1-2井，最大载荷应处于三开作业即将结束，而13″3/8套管还未下至井下之时。此时遇到热带风暴，平台需调整至风暴自存状态，人员撤离。具体载荷见表10。

表10 风暴状态下的常规井与高温高压井甲板可变载荷计算t

可以看出，在风暴状态下，平台甲板可变载荷不能满足高温高压井的需求。常规的操作方法是卸载，根据风暴情况和作业进度，或将大量的甲板物资卸至辅助船，危急时刻将散料直接排海，从而保证平台的安全。然而风暴接近时海况极差，卸载工作很难进行，并且卸载花费的时间一定程度上会延误人员撤离的时机，因此卸载工作一定要提前完成。

4 结 论

综上所述，高温高压井作业时，平台的可变载荷比常规井作业要大。国内几座主力老平台中只有“勘探3”号、“南海5”号能够勉强满足作业要求。针对东方区块、崖城区块、陵水区块和乐东区块等国内海上主要高温高压井钻探作业的钻井作业方，进行平台选型时可参考本文的计算结果：选择作业可变载荷在3 300 t以上，拖航及风暴自存状态可变载荷在2 000 t以上的平台，从而确保满足作业需求。

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Variable load research of drilling platform deck for high temperature and high pressure well

SHEN Chun-hua BIAN Rui-feng
(Sinopec Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Shanghai 201206, China)

The storage of various materials during the operation of high temperature and high pressure wells are completely di ff erent from that for normal wells, which has a higher demand for the variable loads on the drilling platform deck. This paper presents the di ff erences of the variable deck loads between the operation of high temperature and the high pressure wells and the normal wells by the practical computation cases according to several special operation conditions. It can provide certain reference for the drilling unit of the domestic high temperature and the high pressure o ff shore wells, and a basis for the operator to choose the drilling platform, as well as some basic information to conquer the ultra high temperature and the high pressure o ff shore wells in future.

high temperature and high pressure well; drilling platform; variable load

U663.6

A

1001-9855（2017）01-0045-06

2016-07-12；

2016-09-23

沈春华（1984-），男，工程师。研究方向：移动式钻井平台实际应用。边瑞峰（1987-），男，助理工程师。研究方向：移动式钻井平台实际应用。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2017.01.045