【正文】 用的井身結(jié)構(gòu)如下： 鉆井手冊 20 圖 731 墨西哥灣常用井身結(jié)構(gòu) 2. 噴射下導(dǎo)管 由于作業(yè)效率要求高、對井口困難、表層固井挑戰(zhàn)大等，深水通常采用噴射法 （ Jetting In） 下導(dǎo)管，在工藝上和常規(guī)下入方法有很大不同。 噴射下導(dǎo)管常用的管內(nèi)鉆具組合包括：鉆頭、馬達(dá)、扶正器、鉆鋌、井口送入工具組合和其他部件。鉆具下到底部開口的導(dǎo)管柱內(nèi)部，通過井口送入工具相連，下到泥線后，導(dǎo)管通過其自重穿透軟的泥線地層，馬達(dá)提供液力沖刷和鉆頭旋轉(zhuǎn)形成井眼。這種邊噴射邊下入導(dǎo)管的方法被稱作“噴射法下 導(dǎo)管”。 導(dǎo)管噴射到位后不需要固井，通過導(dǎo)管外壁和地層土壤之間的粘切力提供軸向的支撐力。 （ 1）導(dǎo)管設(shè)計(jì)考慮因素 ? 導(dǎo)管承載能力的計(jì)算 導(dǎo)管的承載能力取決與末端承載能力和沿管長度分布的切向摩阻，切向摩阻通常指的是表皮摩阻，由于結(jié)構(gòu)套管是中空管，管壁通常由于沖刷而沒有支撐；末端承載能力通常忽略或者假定為零。 最大的表皮摩阻等于臨近土壤的剪切強(qiáng)度。用于決定噴射管的表皮摩阻的關(guān)鍵參數(shù)包括：不受干擾的土壤強(qiáng)度，受干擾的土壤強(qiáng)度，受干擾的土壤剪切強(qiáng)度隨著時間的改變等。 不受干擾的土壤剪切強(qiáng)度可以通過土壤取芯來獲得。一種 替代的做法時使用區(qū)域的土壤平均剪切強(qiáng)度數(shù)值（某些盆地或者附近區(qū)塊的土壤取芯數(shù)據(jù)）。工程師在使用非現(xiàn)場非擾動土壤剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)時，應(yīng)使用一個安全系數(shù)，確保使用非現(xiàn)場數(shù)據(jù)的風(fēng)險更小。 當(dāng)沒有現(xiàn)場數(shù)據(jù)時，可以通過鉆頭吃入試驗(yàn)來評估淺層土壤的強(qiáng)度，例如：（ 26”）鉆頭下放重量 5000lb，關(guān)泵的情況下能下放的深度處的土壤強(qiáng)度鉆井手冊 21 大約是 150lb/ft。 ? 擾動土壤的剪切強(qiáng)度 擾動土壤的剪切強(qiáng)度沒有統(tǒng)一的計(jì)算公式。常用土壤剪切強(qiáng)度作為非擾動土壤強(qiáng)度的一部分進(jìn)行估算，某些試驗(yàn)觀測到擾動后的土壤剪切強(qiáng)度為非擾動強(qiáng)度的 25～ 33%。擾動后的土壤剪切強(qiáng)度取決于導(dǎo)管下入過程中的土壤擾動情況，一般情況下取 25％；一些特殊情況，取非擾動數(shù)值的 10%，以保證作業(yè)安全；如果對土壤的擾動較小，可取 50％；噴射鉆進(jìn)安置導(dǎo)管幾周后，該值會趨向非擾動土壤強(qiáng)度。 ? 導(dǎo)管的接箍類型和外徑 接箍類型的選擇通常考慮有足夠的抗彎能力，與導(dǎo)管管體匹配甚至高于導(dǎo)管管體。 對于噴射鉆進(jìn)，還需要考慮接箍的外徑，較大的外徑會干擾到周圍的土壤，降低本地土壤強(qiáng)度，強(qiáng)度和表皮摩阻的恢復(fù)時間會增加，因此在噴射鉆進(jìn)時更多地考慮使用小外徑的接箍或無接箍導(dǎo)管。 選擇接箍類型 時要考慮防轉(zhuǎn)鎖塊，防止接箍在高扭矩馬達(dá)、海況和鉆井船施加的可能旋轉(zhuǎn)力而脫開。 （ 2）鉆柱和底部鉆具組合 在噴射鉆進(jìn)作業(yè)中使用的底部鉆具組合是放在導(dǎo)管內(nèi)部。噴射導(dǎo)管內(nèi)典型的底部鉆具組合包括鉆頭、馬達(dá)、鉆鋌、扶正器等，隨鉆測量的工具根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)的情況下入， MWD用來確認(rèn)導(dǎo)管下入的垂直度。底部鉆具組合可以從低壓井口頭下入工具上解脫，接著鉆進(jìn)下一個井段。 ? 鉆頭尺寸 鉆頭尺寸通?；诰脑O(shè)計(jì)以及下一個井段鉆進(jìn)的尺寸來決定。噴射鉆井的過程中，通常相對套管內(nèi)徑較大的鉆頭尺寸會有較高的噴射成功率。 ? 鉆頭位置 通常把鉆頭放在 導(dǎo)管的外部，盡可能使鉆頭噴嘴保持在導(dǎo)管的內(nèi)部，鉆頭的椎齒露在導(dǎo)管的外部。鉆頭相對導(dǎo)管柱或者噴射鞋的位置定義為鉆頭出露長度，通常為 610英寸。 ? 送入管柱 噴射鉆進(jìn)的鉆柱選擇需要考慮可能的拉伸載荷。通常在噴射過程中，通過鉆柱上提來活動導(dǎo)管，上提會使鉆柱承受較大的拉力，應(yīng)當(dāng)對鉆柱進(jìn)行檢驗(yàn)和校核。 3. 鉆井液 無隔水管鉆進(jìn)井段，鉆井液多采用海水或水基體系，作業(yè)中鉆井液將返至海底。隔水管連接后，需要采用適合深水特殊環(huán)境的鉆井液體系，特別要考慮對潛在的水合物的抑制。 鉆井手冊 22 深水鉆井對鉆井液體系有如下特殊要求： 段低返速情況下的懸浮和攜巖能力； ； 特性。 （ 1）深水鉆井液中的水合物抑制 最常用的方法是采用油基、合成基鉆井液或在水基鉆井液中加入水合物抑制劑。水合物抑制劑分為熱力學(xué)抑制劑、動力學(xué)抑制劑和防聚集劑。 ① 熱力學(xué)抑制劑 熱力學(xué)抑制劑通過改變水合物的生成條件，即降低鉆井液的“冰點(diǎn)”來達(dá)到防止水合物生成的效果。熱力學(xué)抑制劑具有用量大、儲存困難和注入復(fù)雜等特點(diǎn)，有些種類具有毒性和腐蝕性。 A. 無機(jī)類，如 NaCl、 NaBr、 KCl、 CaCl2等及其混合物； B. 有機(jī)類，如甲醇、乙二醇、丙二醇等及其混合物。 ② 動力學(xué)抑制劑 動力學(xué)抑制劑通過改變水合物的生成形態(tài)，以達(dá)到抑制水合物進(jìn)一步生成的目的。常用的動力學(xué)抑制劑包括表面活性劑類和聚合物類。 A. 表面活性劑類，如 烷基芳基磺酸及其堿金屬鹽、銨鹽 類等； B. 聚合物類，如 聚 N乙烯基吡咯烷酮（ PVP）， N乙烯基吡咯烷酮、 N乙烯基己內(nèi)酰胺和 N,N二甲基異丁烯酸乙酯三元共聚物（ VC713），聚 N乙烯基己內(nèi)酰胺、聚 M乙烯基己內(nèi)酰胺、聚丙烯酰胺、 N乙烯基 N甲基乙酰胺，聚乙烯基 順丁二烯二酰亞胺和聚 N?；鶃啺?等。 ③ 防聚集劑 防聚集劑多為聚合物和表面活性劑，對天然氣水合物起分散作用，抑制水合物聚集，其作用會受到鹽、聚合物和水等組分的影響。常用的防聚集劑有：二甲基丙（?。┗』撬峒句@鹽、 司盤 (Span)、羥基羧酸酰胺、烷氧基二羥基羧酸酰胺、 N,N二羥基羧酸酰胺，聚亞烷基琥珀酸 (酐 )和聚乙二醇單醚混合物，烷基芳香族磺酸鹽和烷基聚苷物等。 （ 2）深水鉆井液流變性控制 深水低溫環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)時，當(dāng) 鉆井液循環(huán)經(jīng)過泥線附近時，其流變性會發(fā)生較大變化，具體表現(xiàn)在粘度、切力大幅度上升，還可能發(fā)生快速膠凝作用，從而導(dǎo)致循環(huán)困難。 由于淺層破裂壓力低， 容易壓漏地層，特別是使用油基和合成基鉆井液時。 通過對鉆井液體系的流變性進(jìn)行全溫度段和全壓力范圍的測試，可以確定適合于深水低溫的鉆井液類型，設(shè)計(jì)出滿足低溫作業(yè)的具有最佳粘溫穩(wěn)定性的鉆井液體系。 （ 3）深水鉆井液后勤保障 深水鉆井作業(yè)一般遠(yuǎn)離陸地，更長的上部隔水管段容有的鉆井液量大，且需鉆井手冊 23 要考慮動態(tài)壓井的材料備用，作業(yè)中又極易發(fā)生井漏，因此，應(yīng)對鉆井裝置、供應(yīng)船和陸上基地的情況進(jìn)行綜合考慮，確保鉆井液的后勤供應(yīng) 。 4. 固井 深水固井的最大挑戰(zhàn)在于深水泥線下的低溫、低的地層承 壓能力以及可能存在的高壓淺層流和天然氣水合物。這些特點(diǎn)要求水泥漿具有滿足不壓漏地層的低密度、滿足套管釋放要求的低溫強(qiáng)度、滿足抑制淺層流災(zāi)害的膠凝強(qiáng)度發(fā)展甚至要求低發(fā)熱的水泥漿體系。 深水導(dǎo)管和表層套管的固井水泥漿需要返到泥面，其固井設(shè)計(jì)要充分考慮低溫、低破裂壓力梯度、水合物和淺層流等因素的影響。此外，深水低溫固井中，準(zhǔn)確預(yù)測和模擬注水泥及候凝期水泥漿溫度變化也是保證施工安全和固井質(zhì)量的重要考慮因素。 （ 1）深水固井水泥漿設(shè)計(jì)特殊要求 ①短候凝時間，快速低溫凝固 水泥漿體系具有較短候凝時間，在保證水泥漿安全注 入的情況下，在較短時間內(nèi)形成滿足層間封隔和套管釋放的強(qiáng)度。 ②快速膠凝強(qiáng)度發(fā)展 理想的深水固井水泥漿體系應(yīng)該具有較短的稠化轉(zhuǎn)化過渡時間， 水泥漿膠凝強(qiáng)度從 48Pa（ 100lbf/100ft2）到 239Pa（ 500lbf/100ft2）的“過渡時間”盡可能短， 水泥漿一旦開始凝固，能從傳遞液柱壓力的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈吣z凝強(qiáng)度的固體狀態(tài)，滿足對高壓淺層流的抑制要求。 ③高穩(wěn)定性，低水泥漿密度 深水海域的松軟、未膠結(jié)地層，破裂壓力低，且破裂壓力與孔隙壓力間的窗口小。要求使用低密度水泥漿體系且具有良好的密度穩(wěn)定性，保 證不壓漏地層并使水泥漿返至海底泥線，實(shí)現(xiàn)對表層套管的完全封固。 ④ 高的水泥漿體積附加 鉆井過程中可能遇到淺層流，造成嚴(yán)重的井眼沖刷，應(yīng)提高 水泥漿 附加量至200%300%之間。 ⑤準(zhǔn)確的井底溫度預(yù)測 通過準(zhǔn)確的靜止溫度和泥線溫度，確定準(zhǔn)確的井底循環(huán)溫度（ BHCT）。設(shè)計(jì)滿足稠化和強(qiáng)度要求的候凝（ WOC）時間。 （ 2）深水固井水泥漿體系 深水固井作業(yè)可以采用氣體充填的低密度水泥漿和非氣體充填的低密度水泥漿體系。氣體充填的泡沫水泥漿是在傳統(tǒng)水泥漿中加入表面活性劑，并按比例通過高速混合充入氮?dú)饣蚩諝舛纬傻牡兔?度水泥漿。密度低、防竄且具有較好的淺層流抑制效果，但作業(yè)程序復(fù)雜、設(shè)備龐大、作業(yè)人員多。基漿的密度一般鉆井手冊 24 為 14～ ，充氮后最低可達(dá)到 ，通過充氮的流量控制水泥漿密度。 非氣體充填的低密度水泥漿分為以下幾類： ①空心玻璃微珠水泥漿 （ Microsphere Cement） 水泥漿中混入空心玻璃微珠配制而成，水泥漿密度可以降到 ，具有密度低、強(qiáng)度高、水泥漿的密度減輕效果隨井深變化衰減小的特點(diǎn)。 ②顆粒優(yōu)化級配水泥漿 （ Optimised Particle Size Distribution Cement） 通過填充材料與水泥顆粒的尺寸優(yōu)化匹配使單位體積水泥漿中的固相顆粒所占有的體積最大化，堆積顆粒間的孔隙度降到最低，實(shí)現(xiàn)顆粒緊密堆積。顆粒級配水泥漿含水量低、水泥石孔隙度小、滲透率低、強(qiáng)度高，稠化轉(zhuǎn)化時間短。 ③活性減輕劑填充水泥漿 （ Reactive Lightweight Aggregate Cement） 采用能與水和水泥組分發(fā)生反應(yīng)的活性火山灰類減輕材料配制的水泥漿。具有低溫水化速度快，水泥石力學(xué)性能好的特點(diǎn)。 ④速凝早強(qiáng)水泥漿 （ Rapid Hardening Cement） 采用超細(xì)快凝水泥作為膠凝膠結(jié)材料配制的水泥漿。具有低溫水化速度快、稠化轉(zhuǎn)化時間短、早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。 ⑤液態(tài)膠體填充水泥漿 （ Liquid Colloidal Aggregate Cement） 采用能參與水泥水化反應(yīng)的液態(tài)膠體氧化硅或膠體氧化鋁作為水泥填充材料配制的水泥漿。具有反應(yīng)活性高、凝固快、時間，稠化轉(zhuǎn)化時間短、水泥石滲透率低的特點(diǎn)。 5. 測試 深水測試是一種非常昂貴的高風(fēng)險作業(yè)。在進(jìn)行測試作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)和全面的風(fēng)險識別分析。要考慮測試管柱的緊急解脫，環(huán)境保護(hù)以及海底低溫會導(dǎo)致結(jié)蠟或水合物生成等問題。 （ 1）深水測試面臨的主要挑戰(zhàn) ① 安全 ② 測試管柱的應(yīng)急解脫 ③ 水合物抑制和流動保障 ④ 和平臺的界面和接口 ⑤ 環(huán)境保護(hù)和地層流體的處理 （ 2）深水測試設(shè)計(jì)要考慮的問題 ① 鉆井船的類型和作業(yè)極限 動力定位還是錨泊定位、鉆井船的作業(yè)極限、鉆井船的運(yùn)動參數(shù)如升沉、橫搖、縱搖等。由于平臺的升沉，測試管柱要進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)，要保證測試工具下到設(shè)計(jì)的深度，要補(bǔ)償管柱的熱脹冷縮效應(yīng)。 ② 防噴器組和水下測試樹的配置 要考慮能否滿足作業(yè)的要求，如何匹配，管柱設(shè)計(jì)等；水下測試樹控制系統(tǒng)鉆井手冊 25 的選擇。在動力定位鉆井船上進(jìn)行測試作業(yè)，必須考慮測試管柱的緊急解脫，對水下測試樹的解脫時間有嚴(yán)格的要求，一般要求小于 15秒。水下測試樹的解脫時間要能滿足鉆井船的要求，解脫后上部管柱內(nèi)的油氣不能泄露，下部管柱可實(shí)現(xiàn)關(guān)井。 ③ 環(huán)境參數(shù) 水深、天氣狀況、潮流狀況和水溫等。 ④ 水合物的抑制 測試管柱設(shè)計(jì)中要包括注入接頭，要考慮注入接頭的深度（不可能形成水合物的深度），注入點(diǎn) 要盡可能接近泥面。為了保證在泥線下注入水合物抑制劑，還需要一個帶孔的伸縮節(jié)（ Slick Joint），使注入管線能穿過并保證防噴器關(guān)閉時的密封。 6. 棄井 深水井的設(shè)計(jì)期間還需要考慮棄井方案，在大部分海域，只要水深超過 500米，一般不要求切割、回收井口。但在一些特殊區(qū)域或政府的特殊要求下必須切割回收井口。在敞開的深水中的切割和回收井口非常費(fèi)時費(fèi)力，作業(yè)難度也較大。主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)如下： ? 盡可能一趟鉆完成切割和回收作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間； ? 鉆柱的設(shè)計(jì)要保證鉆柱在海水中處于受拉狀態(tài)并盡可能減少擺動； ? 防止 鉆具脫扣； ? 推薦使用井下動力馬達(dá)； ? 無導(dǎo)向繩對井口的問題； ? 盡可能保護(hù)井口。 7. 其它技術(shù)措施 （ 1）動態(tài)壓井鉆井技術(shù) 根據(jù)上覆地層和海水的壓力，深水環(huán)境下淺層的最大地層孔隙壓力系數(shù)不會超過 。如果海水和壓井液的當(dāng)量密度能超過 （ ），就可以進(jìn)行有控制地鉆井。所謂的動態(tài)壓井鉆井技術(shù)（ Dynamic Kill Drilling）就是在無隔水管的上部井段鉆進(jìn)過程中，如遇到淺層氣或淺層流，提高泵速和鉆速，快速泵入壓井液，利用壓井液安全地鉆穿有淺層地質(zhì)災(zāi)害地層的技術(shù)。這種方法要求平臺上有足夠的加重鉆井液和良好的后勤保障，有專門的設(shè)備能快速將加重的鉆井液通過混合海水得到壓井的鉆井液密度。 動態(tài)壓井鉆井技術(shù)是深水表層建井工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)的實(shí)施是一項(xiàng)綜合性的工作，包括地層壓力預(yù)測，實(shí)鉆資料分析，地層壓力實(shí)時監(jiān)測，鉆井液剪切稀釋裝置，鉆井液工藝，后勤保障和 ROV等。 經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)壓井液密度達(dá)到上覆巖層壓力的 90%時，地層會出現(xiàn)無返出或井鉆井手冊 26 筒“呼吸”的現(xiàn)象。因此多數(shù)情況下的壓井鉆井液比重應(yīng)為上覆巖層壓力當(dāng)量密度的 85%～ 88%，或壓井鉆井液比重＝上覆巖層壓力當(dāng)量密度（ ～ ） 。 （ 2）無隔水管鉆井液回收系統(tǒng) 無隔水管鉆井液回收系統(tǒng)（ Riserless Mud Recovery）包