海洋钻井新技术.docx

一、多梯度钻井技术多梯度钻井（Multi-Gradient Drilling是基于空心球双梯度钻井技术的原理，在其基础上改进 形成的技术，该技术未实际应用，仍处于一种概念中多梯度钻井，是将轻质介质在海底以下环空中一点或多点注入，在返回环空中产生多个压力 梯度采用双梯度钻井，井眼压力曲线是从海底延伸的直线；采用多梯度钻井，井眼压力是 以注入点为节点的多条曲线多梯度钻井能比双梯度钻井更好的匹配海底地层的压力间隙， 使井底压力在较长的距离内介于地层压力和破裂压力之间优点：①因为没有钻井液的稀释，可以达到较高的HGS （空心玻璃球）浓度，50%~60%；② 钻井液返回海面后不必分离HGS,可重新循环；③如果不考虑环空内岩屑的重量，隔水管内 钻井液密度和钻杆内钻井液密度相等，不会产生U型管效应；④设备所占空间少，系统操 作和控制相对简单主要装置：随钻分离注入装置（安装在钻杆和钻杆之间连接），井下安全阀，钻井液处理装置 其中钻井液处理装置包括：振动筛、泥浆池、输送泵和旋流分离器、钻井液存储池和泥浆泵 等实现方法及过程：采用井下喷射接头是最为经济和适宜的HGS先经钻杆泵送到海底，然后 经随钻分离注入短节从钻井液中分离出来，注入井眼环空，分离后不含 HGS 的钻井液通过 钻头后进入井眼环空。

采用该方法，HGS的注入点位置随钻进不断变化，井眼环空将产生一 条变化的压力梯度曲线原理：在实际钻井中，空心球和钻井液按照一定的比例在海面的泥浆池混合，通过泥浆泵和 钻杆进入井下，到达随钻分离注入装置，随钻分离装置将空心球和钻井液分离开来，钻井液 通过注入模块返回钻柱内继续循环，轻质空心球通过空心球注入模块进入井眼环空，与从井 底返回的钻井液混合，形成新的钻井液和空心球混合物，降低钻井液密度，在井眼环空中形 成两个密度梯度，当在钻杆中连接多个随钻分离注入装置，就会在井眼环空中形成多个不同 的环空压力梯度，实现多梯度钻井井底压力计算：H表示水深，h（t）表示海底到井底的距离，则钻井的总深度D为：D =H+h（t）根据钻井实际的需要可以设置一个或多个注入点，这些注入点位置可以固定，也可以随钻柱移动而移动井底压力P为：对多注入点，井底压力P为：h n（D-工右）必£ + 1?启g其中ii为每级分离的距离应用前景：该多梯度方法，实现过程简单，只需要研制相应的旋流分离器用于钻井液与空心 球的分离，即可实现商业试用，具有一定的发展前景，对于我国起步较晚的海洋钻井来说， 可以实现技术的大跨越二、套管钻井技术海上应用概念：套管钻井是指使用特定的套管代替钻杆,并对钻头施加扭矩和钻压来实现钻头旋转与 钻进。

钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头的升降， 即实现不提钻更换钻头，一个作业过程实现了钻进和下套管两方面工作钻井方式：一是使用地面驱动机械做动力源，来带动套管旋转钻进，扭矩通过套管传递给钻 头这种方式就要求套管及其螺纹要有极高的连接强度；另一种是采用井下动力钻具进行钻 进，这种方式使套管的受力状况有所改善优点：⑴缩短了起下钻时间⑵节省了钻杆和钻铤的采购、运输、维护和更换的费用 ⑶起下钻杆时对井筒内的抽汲作用和压力脉动被井筒内的套管消除了⑷用钢丝绳提起井下钻头时，减弱了钻屑的聚集，并保持了泥浆的连续循环在很大程度上 控制了井涌的发生⑸提高了水力参数、环空上返速度及清洗井筒的时间⑹钻机结构得到了简化 套管钻井的关键设备：套管钻井的钻头是装在套管鞋上的，与传统聚晶金刚石复合片钻头的 作用一样，有刀翼、有水眼、有聚晶金刚石复合片或金刚石复合片的镶嵌作为钻井用的切削 齿，但由于是安装在套管鞋位置，取代套管鞋的，因此叫钻鞋钻鞋的结构及特点：1）可以在刀具上安装聚晶金刚石复合片作为切削齿；2）可以在刀具上安装矿化钨作为切削 齿；3）切削齿都是可钻的，这样就不会给后面的钻头使用及钻穿套管鞋带来困难；4）钻鞋上 具有固定水眼或可调整的内水眼，以达到水力参数不同的优选之目的；5）钻鞋的刀具带背齿， 这样可以满足上提管柱、修整体壁的要求。

套管钻井的钻具组合1） 钻井的套管柱中，接有固井用的浮箍，其目的有2个：其一是钻井过程中起到一个单流阀 的作用，这样可以在接单根套管时，防止泥浆倒灌，堵塞套管鞋上钻头水眼；其二是固井时 起到单流阀的作用，这样固完井以后不致因环空液柱压力等方面的问题致使水泥浆倒灌，保 证了水泥在灌完压后能静止稳定的候凝2） 钻进时，扭矩是由顶部驱动的驱动套管捞矛传递的，而套管捞矛则是依靠卡在套管内壁上 的卡瓦而传递扭矩3） ①对于340 mm套管：445 mmX340 mm钻井用套管鞋+340 m浮箍+340 mm套管+340 mm浮 箍+340 mm套管+298 mm套管捞矛+顶部驱动②对于508套管：508mmX610 mmDS2钻井用套管鞋+508 mm浮箍+508 mm套管+298 mm套管 捞矛+顶部驱动套管钻井技术的五个层次• 用顶驱下套管装置进行下套管作业;（我国目前已开发使用）• 不可回收式井下工具 （ 可钻钻头式） 套管钻井 ; （Weatherfood 公司主打技术，使 用一种可钻式钻鞋）• 可回收式钻具组合套管钻井; （ Tesco 公司所有，专门设计了套管驱动器）• 可回收式尾管钻井技术;• 泵送可回收式套管钻井技术（ 原理样机阶段）Rpj*)lnq等大位移井的NM-*tuinab4« g將偏UJNT■2）对于深井，可以将常规钻井与套管钻井相结合，套管钻井钻进松软、易漏失地层。