中海油田服务股份有限公司湛江分公司
摘要：随着能源需求不断扩大以及陆上可开发的能源资源越来越少，对海洋超深水的油气资源勘探日益受到相关人员的重视。海洋油气资源的开发成为当今能源资源的主要开发方向之一，双梯度钻井技术是开发海洋油气资源的主要技术手段。本文将探讨分析超深水海洋双梯度钻井技术。
关键词：超深水；海洋；双梯度钻井技术
调查研究显示，我国深海油气的开发技术起步比较晚，相比起陆地钻井技术和浅海钻井技术而言，超深水海洋钻进技术所面临的环境更为复杂，因此在技术方面要求也更高[1]。深水钻井水深一般超过一千米，但是如果超过一千五百米，使用常规的钻井技术无法有效开发。双梯度钻井技术能够适用于超深水海洋钻井过程中，有效解决地层压力问题，不断优化井筒压力。
一、超深水海洋钻井过程中所面临的问题
在一些快速沉积的盆地地区，如西非地区，由于孔隙压力高、破隙压力低，所以需要使用多层技术套管封隔上部分地层。超深水海洋钻井的主要问题表现为：其一，浅层水流动；其二，井控事故频繁发生等。
二、双梯度钻井技术的基本原理
双梯度钻井技术是一种控压钻井技术类型，核心思想表现为：采用相关技术手段使得钻井井口至海底以及海底至钻头实现不同的压力梯度。传统深水钻井时井眼至产生一种压力梯度（钻井平台至井底的压力），双梯度钻井技术下，钻井液主要从海底到井底，海底泥线至水面井段为流体，流体在回返时会产生两种压力梯度。常规钻井所使用的技术是：单梯度钻井技术。单梯度钻井技术在相同尺寸井眼条件下，梯度值只有一个，能够充分显示井底压力（地面到井底）。在超深水海洋钻井过程中，使用双梯度钻井技术会产生两个梯度值（一个是海面到海底的海水压力柱，另外一个是海底到井底的钻井液压力柱）。单梯度钻井技术主要参考地面来确定压力值，如空隙压力值、破裂压力值。
常规钻井技术中的泥浆柱压力梯度和地层压力以钻井平台为参考点，双梯度钻井技术则是让同等尺寸的井眼中存在两个不同压力梯度[2]。双梯度钻井技术下，钻井液密度窗口变大，从而有效减少套管层次，实现深水资源的有效开发。由于海底地质条件复杂，加上地层破裂压力以及地层压力变化不够规则，所以钻井过程中需保持平衡钻井液的梯度和密度。常规深水钻井背景下，钻井液的压力梯度曲线以钻井平台为起点，再与垂直深度形成线性关系。双梯度钻井技术背景下，钻井液的压力梯度曲线起点为海底泥线，因此相对增大了安全密度窗口余量。基于此，不断简化套管层次，减少钻井时所发生的技术问题，节约成本。双梯度钻井技术的压力平衡原理以及设备系统如下图所示：
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三、双梯度钻井技术的主要优势
双梯度钻井技术的主要优势表现为：不用依靠多层套管完成钻井工作，从而有效避免井眼不稳定问题和压力不平衡问题。减少套管数量，优化复杂深水环境中的井体结构能够有效缩短深海钻井固井时间，有效提高钻井工作的安全度和钻井工作效率。当破裂压力区域变宽情况下，井筒压力被有效控制，从而有效节约成本，降低井喷安全事故发生率。双梯度钻井技术可被有效应用在各种类型的深水位置之中，大井眼尺寸下，还可使用水平井技术，从而为油气的资源开发开拓新的思路，获取更多深水区域内的资源。双梯度钻井技术隔水管内主要是海水，从而有效降低对隔水管的拉伸要求，不断提高钻井的能力，便于操作。
四、双梯度钻井的实现方法和工业项目
目前来看，双梯度钻井的实现方法主要有以下几种类型：其一，无隔水管钻井；其二，海底泵举升钻井液（主要使用海水驱动隔膜泵、电潜泵以及电力驱动离心泵）；其三，双密度钻井（注空心微球、注气、注低密度流体）。在海底泵举升钻井液双梯度钻井过程中可使用隔水管，也可不使用隔水管。双密度钻井则需要使用隔水管，无需使用海底泵，从而减少海底装置数量。因此，实际操作中可根据需要结合上述两种方法。某石油公司领导的工业项目，主要研究海底钻井液举升钻井系统和海底泵系统。海底钻井液举升钻井系统主要在墨西哥区域进行测试，该系统被引入到双梯度钻井系统之中，可显著提高深水钻井作业效率。海底钻井液举升钻井系统在固相处理方面主要采用电动离心泵，充分利用扇叶粉碎较大的固体颗粒，继而通过离心泵模块来实现对井底压力的有效控制。双梯度钻井实现的最为常用方式是：海底泵方案。海外石油公司已基本实现海底泵工业应用，市场占有率较高，智能化程度也日益提高。无隔水管方案开发出无隔水管钻井液回收系统，该系统能够通过有效处理返回钻进液，使得上部钻井液能够被二次利用。无隔水管钻井液回收系统主要包括：（1）海底动力系统；（2）水下控制系统；（3）钻井液处理系统等[3]。控制钻井液液面高度钻井技术是无隔水管钻井技术的延伸，该系统主要组成部分为：其一，海底动力系统；其二，钻进液处理系统；其三，控制系统等。通过调节隔水管钻井液的高度，实现钻井液的闭路循环，精确控制井底压力。控制钻井液液面高度钻井技术目前已被用于黑海油田商业系统之中，与此同时能够取得较为理想的效益。无隔水管钻井液回收系统不使用隔水管以及与隔水管相关的设备，在理论上不受深水限制，能够在任意水位开展钻井工作。但是，无隔水管钻井液回收系统受到海底钻井液举升泵功率限制。有公司成立工业项目联合无隔水管钻井技术，在马来西亚海域进行现场试验，结果显示无隔水管钻井技术能够有效应用在深水钻井作业之中。现阶段来看，传统无隔水管钻井技术能够在3千米的水深处钻井，但是如果要往更深处钻井，必须不断更新技术。多家石油公司研究无隔水管钻井技术的超声水钻井可行性加以研究，发现其主要难题为：（1）钻井船的改造；（2）钻井仿真；（3）防止环境污染；（4）钻井规划等。空心微球双梯度钻井系统中，空心微球和钻井液在海面混合形成低迷地钻井液，泵送到海底，注入个隔水管，降低钻井液密度，从而使其余海水密度保持高度一致。返回海面的钻井液通过振动分离出空心微球和钻屑，重的钻屑会沉入到底部，轻的空心微球会漂浮在海面上，继而可被有效收集，重新利用。在振动之后，大部分的钻井液进入到钻柱之后，小部分的钻井液与分离出的空心微球重新混合，形成低密度流体，泵送到海底，注入到隔水管内后持续循环使用。
双梯度钻井技术相比起常规钻井技术而言，具有以下优势：其一，可应用于超深水钻井之中；其二，优化井身结构，减少套管层数，不断提高产量；其三，隔水管所需要的紧张力日益减小，现有的隔水管系统能够用于更长的隔水管之中；其四，减轻对环境的污染，降低作业成本。
五、结束语
陆地区域以及浅海地区的石油资源目前已被开发殆尽，而目前的石油储量无法满足人们日益增长的物质需求，只有将石油资源的开发转向深海区域。深海钻井技术相比起陆地区域以及浅海地区的钻井技术要求更高，因此钻井问题也比较多。在深海区域开采石油资源受到诸多因素影响，因此钻井技术所面临的风险也更高。为了克服相关问题，国外开发出超深水海洋双梯度钻井技术。超深水海洋双梯度钻井技术目前已经取得一定成果，相比起常规钻井技术能够有效控制井筒内压力，除此之外，减少多层套管，从而节约钻井时间和钻井费用，降低安全事故发生率。我国在研究超深水海洋双梯度钻井技术时得到国外国家的相关支持，以期能够开发出深海石油资源。
参考文献：
[1]陈龙桥.超深水海洋双梯度钻井技术相关探讨[J].石化技术，2018，25（2）：161.
[2]卢春阳，狄敏燕，朱炳兰等.超深水海洋双梯度钻井技术[J].钻采工艺，2001，24（4）：25-27.
[3]徐群，陈国明，王国栋等.无隔水管海洋钻井技术[J].钻采工艺，2011，34（1）：11-13.