王新水 刘守忠（中石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司海工大队，山东 东营 257000）

在石油钻井过程中，深水钻井的钻井难度较大，目前关于深水还没有统一的定义，我国通常采用深水标准是五百米以下。随着石油资源的消耗量逐渐增大，陆地上的石油资源逐渐被开发殆尽，深水油气资源已经成为重要的油藏开发方向。深水油气钻井设备是实现深水钻井的关键，随着石油勘探开发设备和技术的不断发展，深水油气钻井设备也得到了长足的发展，深水油气钻井关键技术问题逐渐被解决。通过对深水钻井设备发展研究，可以为深水钻井技术长足奠定基础。

1 深水钻井设备发展现状

随着深水钻井技术的不断发展，深水钻井设备也面临着重要的挑战。首先在深水钻井过程中，水深成为限制深水钻井设备发展的重要因素。随着海水深度的增大，钻井工具、环境等越来越复杂，给钻井平台的承受能力、钻井设备负载等都提出了很高的要求。而且随着海水深度的增大，海洋钻井使用隔水管的长度增长，对隔水管的强度和工作寿命都提出了较高的要求。随着水深的增加，海水的温度会越来越低，对钻井设备提出了更高的要求。由于海上环境的复杂性，随着海水深度的增大，海浪强度逐渐增大，在海浪作用下，容易导致钻井平台的移动，对钻井设备也提出了更高的要求。遇到特殊情况时，如果钻井平台的载荷超出设计要求，需要将平台和井下设备的部分连接设备断开，防止设备的损坏。如果出现强烈的风暴等恶劣天气，将会对平台产生巨大的影响，因此在海洋钻井平台设计过程中，安全性设计非常重要。深度增加后海水的温度逐渐降低，深海地区海水的温度在零度以下，给深海钻井带了巨大的挑战，低温海水会对海底岩层产生作用，导致海底岩层温度降低，较低的温度会严重影响钻井液的流动性，当钻井液的温度降低后，钻井液的粘度增大，导致钻井液的流动性变差。钻井液在井筒流动的过程中，流动阻力大幅增大。而且在低温条件下，固井水泥浆的凝固时间增长，凝固形成的水泥石的强度也不高。在深水钻井过程中，如果发生深水地质灾害，容易导致海洋深水钻井作业的失败。浅层流动是影响深水钻井主要的灾害之一，浅层流动介质可以是液体也可以是气体，这些浅层的流动介质会严重影响井下平台设备强度，例如浅层的流动介质会冲刷平台导管等部分，严重的将会导致钻井设备的失效。浅层的气流进入海水中后，海水的密度逐渐的降低，平台的浮力减小，海洋钻井平台受力改变后，将会影响平台的稳定性。在深海钻井过程中，深海钻井的泥浆密度窗口较小，导致钻井事故的频发，给深海钻井带了巨大的挑战。海水中的水合物也会给深水钻井带了巨大的挑战。在固井的过程中，水泥浆的凝固将会释放大量的热量，产生的热量会对水合物加热，导致水合物的分解，形成大量的气体，形成水泥浆的气窜现象，严重影响到固井质量。形成的气体进入到钻井液中，降低了钻井液的密度，钻井液的液柱压力降低，容易发生井涌甚至是井喷等严重钻井事故。如果在深海钻井过程中，钻遇了较厚的水合物层位，由于钻井作业将会导致水合物物性的改变，影响了水合物层位的稳定性，降低了深海钻井井筒的稳定性。

2 深海钻井关键设备的发展分析

在深水钻井过程中，深水钻井装置要承受风浪、海流等特殊条件的考验，海水对钻井设设备的腐蚀也比较严重，因此需要不断地提高深水钻井设备的安全性和稳定性。深水钻井船具有良好的可移动性。深水钻井船主要包括钻井设备、动力定位、移动等部分，由于平台是船体，因此具有良好的移动性，操作灵活，能够快速进行钻井位置的移动，深水钻井船可以适用于深度较深的深水钻井，但是钻井船的空间有限，钻井平台的空间小，同时受恶劣天气的影响较大。半潜式平台是由固定平台逐渐发展起来的，半潜式平台具有许多优势，例如可以抵御较恶劣的海洋环境，钻井平台的面积大，系统的强度高，具有较高的钻井作业效率，和其他钻井方式相比，在深海钻井方面具有诸多优势，因此近年来得到了快速的发展。在钻井作业时，将半潜式平台的下部浮体中注入水，保证平台的大部分都能够在海水以下，减小钻井平台在海面以上的露出体积，降低了海浪对钻井平台的影响。当钻井作业完成后，再将下部浮体中水排出，半潜式平台的浮力逐渐增大，进而进行钻井平台的拖航。随着半潜式平台技术的逐渐发展，钻井平台的重量越来越小，自动化程度越来越高，能够应用的作用水深也越来越大，钻井平台的钻井深度越来越大，平台的强度也越来越高。为了适应深水钻井平台条件，传统的钻井也在不断地发展，主要的朝着大功率、交流变频的方向发展。通过不断改变现有的钻机结构，采用新型的绞车等设备，可以有效的降低深水钻机设备的空间和重量，同时还能够降低钻机的成本，深水钻井机械的自动化程度将会不断提升，有效的提高了深水钻井的工作效率和质量。

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