孫寶江， 張振楠

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東青島 266580)

南海深水鉆井完井主要挑戰(zhàn)與對策

孫寶江， 張振楠

(中國石油大學(華東)石油工程學院，山東青島 266580)

近年來，我國深水油氣資源的勘探開發(fā)不斷取得突破，“海洋石油981”半潛式鉆井平臺的建成更是將我國深水鉆井裝備提升到了世界先進水平行列，但是，與國外先進水平相比，我國深水鉆井完井還存在缺乏作業(yè)經驗、工藝及技術水平較低、基礎理論研究薄弱等問題。在介紹我國南海深水鉆井完井技術研究現狀的基礎上，分析了南海深水鉆井完井面臨的技術難點，針對我國南海特殊海洋環(huán)境、特殊地質條件及離岸距離遠給鉆井完井帶來的特殊挑戰(zhàn)，以安全高效鉆井完井為聚焦點，給出了需要進一步攻關的一系列關鍵技術，并提出了發(fā)展建議，以期為我國深水鉆井完井技術及理論的發(fā)展提供借鑒，最終實現我國南海深水油氣資源的高效安全開發(fā)。

深水鉆井 技術難點 發(fā)展方向 南海

目前，我國南海地質調查與勘探程度有限，但其資源前景已獲得廣泛認可[1]。美國能源信息署的最新公開數據表明，南海石油儲量約為1.7×109m3(約110億桶)，天然氣儲量約為5.38×1012m3(約190×1012ft3)[2]。2010年底，中國海洋石油總公司油氣產量超過5.0×107t，建成了“海上大慶油田”，但對具有“第二個波斯灣”之稱的南海深水油氣資源的勘探開發(fā)尚處于起步階段?！昂Ｑ笫?81”深水半潛式鉆井平臺的建成與應用將我國深水鉆井裝備提升到了世界先進水平行列，但由于我國缺乏深水鉆井完井作業(yè)經驗，深水鉆井工藝及技術水平與國外先進水平相比存在較大差距，甚至存在很多技術與理論研究空白[3-4]。筆者通過調研大量文獻，針對南海深水油氣勘探開發(fā)面臨的特殊海洋及地質環(huán)境，分析了我國南海深水鉆井完井面臨的技術與理論難點，提出了技術對策和攻關策略，以期為我國南海自主安全高效鉆井完井技術研究提供借鑒。

1 南海深水鉆井完井技術研究現狀

自2006年我國第一口深水天然氣井——荔灣 3-1-1 井(作業(yè)水深1 480.00 m)完鉆至今，我國已在南海自主完成20余口深水油氣井(絕大部分油氣井位于南海北部，部分標志井見表1)的鉆井完井作業(yè)，由于我國深水鉆井完井技術研究與應用尚處于起步階段，部分深水油氣井在鉆井完井作業(yè)時出現了較多的井下故障。盡管我國深水鉆井完井技術存在諸多關鍵技術瓶頸，尚未建立完整的深水鉆井完井技術體系，但是，我國在深水鉆井淺層地質災害評估與控制、管柱系統(tǒng)力學特性及安全作業(yè)、井筒流體壓力控制及工程風險評價與設計方法等方面開展了卓有成效的研究工作，并取得一定的科研成果，使我國深水鉆井完井技術不斷獲得突破，部分滿足了我國深水鉆井完井的需求。

1.1 深水鉆井淺層地質災害評估與控制研究

國內學者研究發(fā)現，南海北部深水地層蘊育著高溫、超壓系統(tǒng)[5]，具有淺水流、淺層氣以及天然氣水合物分解等3種淺層地質災害(簡稱“三淺”地質災害)發(fā)育的地質條件，但其形成機理和演化過程尚不清楚。

海底淺層巖土強度參數是設計導管下入深度、校核海底井口穩(wěn)定性的基礎資料。該參數可以通過巖土取樣建立的強度恢復經驗公式進行計算，但目前尚未建立噴射導管側壁擾動過飽和土層的含水耗散速率與強度恢復之間的機理模型。由于深水海底巖土取樣難度大且成本高，需要根據海底淺層層速度數據反演獲得淺層巖土強度參數。

鉆井液安全密度窗口的準確預測對深水鉆井完井設計和施工至關重要，其關鍵是確定地層三壓力剖面，雖然可以借鑒國外疏松地層破裂壓力與上覆巖層壓力和地層壓力的經驗模型以及深水淺層土水平方向有效基巖應力與垂向基巖應力的相互關系，但目前我國還未建立起準確預測深水淺部地層三壓力剖面的理論方法。

深水淺部疏松砂巖地層以及活性泥巖地層在鉆井過程中極易發(fā)生井壁失穩(wěn)，地質條件的復雜性是其根本原因。目前，我國針對深水天然氣水合物地層的井壁失穩(wěn)主要從2個方面進行研究：一是研制天然氣水合物抑制劑，將其加入鉆井液中來控制天然氣水合物的分解；二是建立天然氣水合物地層井壁穩(wěn)定流固耦合數學模型，研究其失穩(wěn)機理，從而采取相應的技術措施。

深水淺部地層固井在滿足支撐套管和井壁穩(wěn)定需要的同時，還要能有效防止“三淺”地質災害帶來的危害。為解決深水淺部地層固井水泥漿低溫緩凝及水化熱的問題，我國已研制了泡沫水泥漿、優(yōu)化顆粒級配水泥漿和低溫低密度快凝水泥漿及配套固井工藝[6]，但是，對于滿足弱膠結地層、天然氣水合物層、淺部氣層安全封固的水泥石力學性能要求缺乏深入和系統(tǒng)的研究，也未提出合理的封固完整性調控措施。

1.2 深水鉆井完井管柱系統(tǒng)力學特性及安全作業(yè)研究

深水鉆井完井管柱系統(tǒng)包括深水鉆井完井作業(yè)周期內的隔水管、測試管柱等處于海底與平臺之間的管串，是整個海洋油氣開發(fā)裝備中重要而又薄弱的環(huán)節(jié)[7-8]。目前，接觸分析、動態(tài)分析和疲勞分析已經成為深水鉆井完井管柱系統(tǒng)力學性能研究的熱點，疲勞損傷分析涵蓋了波激疲勞的頻域和時域分析、渦激疲勞損傷和可靠性分析等方面[9]，復雜環(huán)境下管柱耦合系統(tǒng)的作用機理尚不清晰。波浪流作用下雙層管測試管柱的安全問題逐漸受到重視，針對深水測試管柱力學性能的研究剛剛起步。鉆井隔水管系統(tǒng)動力特性分析的研究主要包括隨機波浪、導管耦合特性、浮式鉆井設備運動和內外流體耦合作用等。

隨著作業(yè)水深的增加，深水鉆井完井管柱遇到的安全問題日益嚴重，有學者從臺風、內波、天然氣水合物等方面論述了我國南海深水鉆井中遇到的挑戰(zhàn)和解決方案，建立了深水鉆井隔水管連接和懸掛作業(yè)窗口的確定方法[10]。在事故的演化機理和安全控制方面，目前我國已建立了隔水管觸底事故力學分析模型，并制定了處理措施[11]。極端環(huán)境下管柱耦合系統(tǒng)的災變生存能力評估和完整性管理等方面尚未形成成熟的理論和方法。

1.3 深水鉆井完井井筒流體壓力控制研究

深水鉆井完井多相流動規(guī)律與井筒壓力管理涉及深水鉆井及完井測試兩個過程。

深水鉆井過程中，傳統(tǒng)的井筒多相流動規(guī)律無法準確表征深水復雜條件下井筒的多相流動過程，使深水井筒壓力控制難度大。有學者在氣液兩相流動試驗中相繼發(fā)現了傳統(tǒng)流型缺失的現象[12]。在井筒低-高溫交變條件下，鉆井液流變性的變化規(guī)律復雜，對流型轉化機制不了觧，影響了井筒壓力準確預測和井筒壓力精細控制。有學者針對深水井涌的特點建立了相關的多相流動模型，分析了氣侵后深水井筒內的多相流動規(guī)律[13]。無氣侵條件下，控壓鉆井能夠對環(huán)空壓力進行有效控制，可有效解決窄密度窗口安全鉆進的難題。國外控壓鉆井技術已經在深水鉆井中得到成功應用，國內雖然已經針對海上控壓鉆井展開研究，提出了應用控壓鉆井的海上油氣井井身結構及水力參數設計方法等，但還未進行現場實踐。另外，深水地層壓力的不確定性強，目前還缺少地層壓力不確定及有氣侵條件下的井筒壓力控制的基礎理論及有效的控制方法。

深水氣井測試期間，復雜的傳質傳熱過程及其對流動障礙形成的連鎖效應，制約著完井測試的順利進行。低溫高壓會導致深水測試井筒內形成天然氣水合物，國內已針對復雜的深水測試工況開展了考慮天然氣水合物相變的傳質傳熱機理研究，初步建立了天然氣水合物生成預測方法，但目前還不能對天然氣水合物等流動障礙的時間和空間分布進行準確預測。

1.4 深水鉆井完井工程風險評價與設計方法研究

深水鉆井完井工程風險研究主要集中在定性、定量風險評估與控制等方面。風險定性研究方面，多應用貝葉斯網絡、Bowtie等新方法或者將不同方法進行融合。風險定量研究方面，基于數值模擬開展了深水鉆井工程事故及連鎖事故后果評估，涵蓋鉆遇淺層地質災害、井筒壓力失控引發(fā)井噴及燃爆事故造成的平臺結構損傷等典型工程事故，但多側重于某一種風險或者單一因素對工程安全的影響，較少考慮多因素的耦合作用及動態(tài)演化過程。

深水鉆井隔水管柱系統(tǒng)設計方面，國內針對超深水鉆井隔水管設計影響因素開展了相關研究[14]，定性或定量分析了環(huán)境和作業(yè)因素對深水隔水管系統(tǒng)配置及組件選擇的影響，但沒有提出鉆井完井管柱系統(tǒng)的設計方法。

深水油氣井井身結構設計的研究主要集中在3個方面：一是通過概率統(tǒng)計理論定量分析地層壓力的不確定性，對鉆井風險進行評估；二是利用定量風險評價的方法對不確定條件下的井身結構進行風險評價；三是研究含有可信度的地層壓力剖面，初步建立地層壓力不確定條件下的套管程序及下深的確定方法[15]。綜合考慮“三淺”地層、窄安全密度窗口以及地層壓力不確定性等因素的深水油氣井井身結構設計方法需要進一步研究。

深水鉆井液體系的研究主要考慮深水地質條件、鉆井液低溫流變性、天然氣水合物的生成以及環(huán)保等問題[16]，聚胺水基鉆井液和低溫流變性穩(wěn)定的“恒流變”合成基鉆井液被認為是性能較為優(yōu)良的深水鉆井液體系[17]。國內在高低溫交變作用下深水鉆井液的流變特性、耐高溫高壓及環(huán)境可接受性方面的研究仍相對薄弱，迫切需要開展深水鉆井液應用基礎研究。

2 南海深水鉆井完井技術難點

2.1 鉆井完井面臨的特殊挑戰(zhàn)

除了水深、風浪流、溫變、窄安全密度窗口、淺層地質災害等深水鉆井共性挑戰(zhàn)外，我國南海深水鉆井還面臨一些特殊問題，包括特殊海洋環(huán)境、特殊地質條件和離岸距離遠等。

2.1.1 特殊海洋環(huán)境

土臺風 南海的土臺風發(fā)生頻率較大，且深水區(qū)域的臺風強度更大。土臺風突發(fā)性強，路徑變化復雜，監(jiān)測及預報困難。鉆井平臺和隔水管系統(tǒng)的防臺風技術是南海深水鉆井應急技術的難點之一。

海水溫度場分布不明確 到目前為止，南海海水溫度場的分布并不是很明確，無直接可用的權威數據。海底低溫會顯著影響鉆井液流變性，增加井筒內鉆井液的流動阻力，影響水泥漿性能和深水固井工藝；低溫還會使壓井管線內流體的循環(huán)壓耗增大，增加深水井控難度等[18-19]；而深水雙梯度控壓鉆井中環(huán)空壓力剖面預測[20]、深水井控參數設計、測試過程中天然氣水合物生成區(qū)域預測等都與溫度場密切相關。因此，海水溫度場不明確增大了鉆井設計難度及作業(yè)風險。

內波流 南海海底地形復雜多樣，海水密度層化嚴重，內波活動頻繁，且不同區(qū)域的內波形式不同，隨季節(jié)明顯變化。海洋內波時間不定，流速無常，方向有規(guī)律，單點持續(xù)時間短，區(qū)域分布差異大。內波流對海洋結構物穩(wěn)定性影響大，輕則導致鉆井平臺漂移，重則引發(fā)事故。目前所知，南海內波振幅可高達150 m，為世界之最。因此，需要對內波作用下平臺運動響應特性進行研究以有效應對。

2.1.2 特殊地質條件

與世界主要深水含油氣盆地相比，南海深水盆地主力烴源巖多樣，不同區(qū)域其形成的年代、構造背景、沉積環(huán)境和類型等不同，這給南海海域的油氣勘探開發(fā)帶來了很大的不利影響。

地質環(huán)境多樣且復雜 南海海洋地質環(huán)境復雜，如沙地沙溝明顯，且沙坡沙脊是移動的，移動速度可達每年300 m左右。同時，南海地質環(huán)境多樣，不同區(qū)塊類型不同，導致巖土力學性質等不同。由于目前我國對南海地質環(huán)境的調查及研究處于起步階段[21]，確定鉆井三壓力剖面的可用資料少，窄安全密度窗口的不確定性增加[22]，使鉆井設計及作業(yè)時井筒壓力控制難度增大。

地溫場分布不清 南海北部深水區(qū)地溫特征數據較為全面，但數據有限；南部深水區(qū)地溫特征數據匱乏，實測地溫梯度數據很少。地溫場分布不清，增加了鉆井完井工作液流動環(huán)境內溫度場和壓力場預測的難度。

“三淺”地質災害發(fā)生概率大 1)天然氣水合物：南海是西太平洋天然氣水合物成礦帶的重要組成部分，具備良好的天然氣水合物成礦條件，常與石油、天然氣共存。一方面，鉆井作業(yè)帶來的外界擾動將誘發(fā)底辟和滑坡；另一方面，天然氣水合物分解導致海水密度降低，引發(fā)鉆井平臺傾覆、火災等事故。2)淺層氣：南海淺層氣分布典型，僅珠江口盆地初步統(tǒng)計就有12處[23]。淺層氣地層抗剪強度和承載能力低，且氣體導致孔隙壓力增大。鉆遇時，引發(fā)氣體突然釋放，甚至燃燒[24]。3)淺水流：南海北部深水盆地等區(qū)域存在淺水流危險區(qū)[25]，但受限于現有調查程度，分布特征尚不清楚，使南海作業(yè)風險增大。淺水流地層具有埋藏淺、超壓、砂層未固結等特點，不易被發(fā)現。鉆遇時易發(fā)生井噴且速度快，若未安裝井口則無法正常壓井；引發(fā)砂水流，破壞井口及井筒，并給鄰井帶來風險。淺水流災害難以控制和處理，雖已有可用的識別、預防與控制方法，但目前尚不成熟[26-27]。

2.1.3 離岸距離遠

我國南海深水油氣資源距離陸地較遠，多距陸地300 km以上，后勤供應要求高，遭遇臺風等惡劣天氣時，對作業(yè)能力要求高，且撤離和鉆井設備維修所需時間長，增大了設計、施工和成本控制的難度。

2.2 鉆井完井主要技術難題

綜合世界范圍內的深水油氣資源勘探開發(fā)歷程，結合我國南海特殊海洋環(huán)境和特殊地質條件，影響南海深水鉆井完井工程技術發(fā)展的難題主要體現在以下3方面。

1) “三淺”地質災害多發(fā)，淺層弱膠結，承壓能力低，鉆井作業(yè)難度大、風險高。

南海深水淺部地層多存在淺水流、淺層氣和淺層天然氣水合物，往往難以準確預測和精確識別，具有一定的不確定性，容易給鉆井施工帶來地質災害，引發(fā)鉆井事故。海洋深水淺部地層欠壓實程度高，具有弱膠結、承壓能力低等力學特性，加之深水環(huán)境下存在拉、壓、海流等復雜載荷，容易引起井口突發(fā)性失穩(wěn)，井漏、井塌及水泥環(huán)封隔失效等井下故障。

2) 海洋環(huán)境惡劣導致深水鉆井完井管柱結構作用載荷復雜，控制難度大。

深水鉆井完井隔水管柱系統(tǒng)是深水鉆井完井區(qū)別于陸地及淺水作業(yè)的關鍵設備，受(臺)風、浪、流和內波等海洋環(huán)境復雜載荷的影響，作業(yè)環(huán)境惡劣，工程條件復雜，海底井口-隔水管-平臺耦合系統(tǒng)在深水鉆井完井作業(yè)過程中存在一系列的安全隱患，如隨機振動、疲勞斷裂、設備磨損等，給結構設計和安全控制帶來巨大挑戰(zhàn)。深水鉆井完井隔水管柱系統(tǒng)一旦出現故障，則有可能導致隔水管斷裂、平臺限位失效、火災、爆炸等重大事故。

3) 井筒溫壓場復雜，安全密度窗口狹窄，井筒安全問題突出，流動保障風險大。

深水淺部地層欠壓實，安全密度窗口狹窄，易出現井漏、井涌、井噴、井塌等井下故障，井筒壓力控制難度大；深水井筒泥線附近的低溫高壓環(huán)境易形成天然氣水合物，造成流動障礙，引起鉆井或完井測試中斷，甚至油氣井報廢；含天然氣水合物相變的環(huán)空多相流動理論欠缺，使深水井筒壓力準確計算困難；井筒深部地層溫度較高，交變溫度使鉆井液流變性變化較大，非定常流變條件下的多相流型轉化機制不清楚，給深水井筒壓力控制帶來挑戰(zhàn)。

3 南海深水鉆井完井技術對策

針對南海特殊海洋環(huán)境、復雜地質條件和離岸距離遠等給鉆井完井帶來的特殊挑戰(zhàn)，要實現南海深水油氣田安全高效開發(fā)，須開展一系列關鍵技術的攻關研究。

3.1 深水鉆井地質災害預測與淺層鉆井作業(yè)風險防治

針對南海深水海況環(huán)境和地質特征，研究淺水流、淺層氣、淺層天然氣水合物中組分、壓力等參數變化在地震聲波物理特性上的響應機理，解決深水“三淺”地質災害準確預測問題；研究深水淺層巖土工程力學參數及其分布規(guī)律，解決深水鉆井導管下入、水下井口穩(wěn)定性及井壁穩(wěn)定性的技術問題；研究鉆井過程中“三淺”地質災害演化機理，解決其有效防治的問題；研究深水淺層井壁失穩(wěn)、漏失及固井水泥環(huán)封隔完整性失效機理與控制等，形成深水鉆井淺層作業(yè)風險控制方法，解決深水鉆井淺層作業(yè)風險控制問題。

針對深水海洋環(huán)境下臺風多發(fā)，強內波和海流，深水鉆井結構載荷復雜，安全設計及控制難度大等問題，構建深水海底井口-隔水管-平臺系統(tǒng)全時域非線性耦合分析模型，探索隔水管系統(tǒng)在懸掛、連接等典型作業(yè)工況下長期動力響應的耦合表征方法；開展不同限位模式下半潛式平臺的運動響應分析和限位失效模式下的漂移分析，得到深水半潛式平臺的響應機理和對鉆井隔水管運動響應的影響規(guī)律；針對TLP、Spar平臺叢式立管(隔水管)間的干涉及立管與流場的耦合作用特點，研究深水鉆井完井管柱系統(tǒng)流固耦合多體動力學分析方法；最終構建深水鉆井完井管柱系統(tǒng)在全壽命周期內的完整性管理策略，解決深水鉆井隔水管和鉆井完井管柱結構系統(tǒng)的設計和風險控制問題。

3.3 深水鉆井非穩(wěn)態(tài)多相流動規(guī)律與井筒壓力精細控制

針對低溫-高溫交變溫度條件下鉆井液流變性變化大、多相流型轉化機制不清楚的問題，研究深水鉆井液流變規(guī)律，非定常流變條件下的深水鉆井多相流流型轉化機制；針對低溫高壓環(huán)境下存在天然氣水合物相變、井筒壓力難以準確預測的問題，建立含天然氣水合物和油氣相變的非穩(wěn)態(tài)多相流動模型及其求解算法；針對地層壓力不確定條件下井筒壓力控制難的問題，研究井涌診斷與評估方法；針對深水淺部地層破裂壓力與地層壓力相近造成鉆井液安全密度窗口狹窄，鉆井過程中易出現井塌、井漏、井涌、井噴的問題，解決窄安全密度窗口井筒壓力精細控制的問題;針對深水測試過程中測試管柱結構復雜、測試工況多變、井筒內溫壓場分布規(guī)律復雜的問題，研究溫壓場分布規(guī)律、完井測試過程中的傳質傳熱機理，揭示由于天然氣水合物及蠟沉積堵塞造成流動障礙的形成演化機制，解決深水安全高效測試方式及測試參數設計的問題。

3.4 深水鉆井完井工程設計理論與風險管控

針對深水鉆井完井“三淺”地質災害、窄安全密度窗口、管柱系統(tǒng)可靠性等方面的問題，研究建立深水鉆井井身結構的設計理論與準則，形成深水鉆井井身結構的設計方法；開展深水鉆井管具系統(tǒng)弱點分析，建立信息不確定條件下深水管具系統(tǒng)的時變可靠性分析模型，形成一套管具關鍵部件強度分析及系統(tǒng)配置的工程優(yōu)化設計方法；研究鉆井液低溫流變性的調控機理，建立低溫流變性調控方法，研發(fā)環(huán)保型深水鉆井液體系，形成深水鉆井液設計方法。在以上研究的基礎上，研究風險狀態(tài)識別準則和基于因素不確定性的風險轉換模型，構建深水鉆井系統(tǒng)安全屏障模型，形成一套南海深水鉆井完井工程風險預警方法及管控體系。

4 主要發(fā)展建議

導致南海深水鉆井完井技術諸多難題的客觀因素是深水海洋環(huán)境及地層條件的復雜性和特殊性，需要對深水鉆井涉及的主要科學問題進行攻關研究，以形成一套適合我國南海深水安全高效鉆井完井的基礎理論體系，為實現我國深水油氣開采技術的跨越式發(fā)展提供理論支撐，提升我國深水油氣開發(fā)產業(yè)的國際競爭力及維護國家海洋權益的能力，從而保障國家能源安全。

4.1 深水鉆井淺層地質災害與井眼穩(wěn)定性機理研究

深水盆地上覆巖層壓力低，淺層欠壓實程度高，地層存在淺水流、淺層氣以及淺層天然氣水合物，在鉆井過程中容易引發(fā)地質災害，使導管下入深度設計、水下井口的穩(wěn)定性、淺層鉆井的井壁穩(wěn)定性以及固井作業(yè)質量控制難度增大，其難題是深水淺層巖土工程力學特性、深水淺層流形成機理、區(qū)域流場和超壓預測、淺層天然氣水合物致災機理不清楚，因此，深水鉆井淺層地質災害與井眼穩(wěn)定性機理是深水安全高效鉆井完井亟待研究的重要方向之一，是鉆井完井風險控制必不可少的研究基礎。

4.2 深水鉆井結構載荷特征及安全控制原理研究

目前，深水海底井口-隔水管-平臺動力學耦合分析方法、錨泊和動力定位條件下隔水管系統(tǒng)失效機理、鉆井立管系統(tǒng)非線性流固耦合與損傷破壞機制、深水管柱系統(tǒng)完整性評估與安全控制等方法沒有突破。因此，海洋深水鉆井結構載荷特征及安全控制原理是安全高效鉆井亟待研究的重要方向之一，是確定深水鉆井管柱系統(tǒng)的完整性管理策略、系統(tǒng)配置和關鍵部件的工程性優(yōu)化設計方案的理論依據。

4.3 深水鉆井完井多相流動規(guī)律與井筒壓力管理機制研究

深水鉆井完井井筒溫壓場復雜，地層破裂壓力與地層壓力相近，導致安全密度窗口狹窄，使發(fā)生井噴和井漏后的井筒壓力控制困難。其主要難題是氣侵條件下井筒壓力的計算不準確，科學難題是井筒多相流動規(guī)律復雜，含油氣相變和天然氣水合物相變的非穩(wěn)態(tài)多相流動規(guī)律的研究鮮有報道。另外，完井測試流動保障風險大，也與含油氣相變和天然氣水合物相變的非穩(wěn)態(tài)多相流動規(guī)律密切關聯。因此，深水鉆井完井井筒多相流動規(guī)律和井筒壓力管理方法是安全高效鉆井完井亟待研究的重要方向之一，是深水復雜工況下測試風險評估方法和深水油氣井筒壓力精細控制所必需的理論基礎。

References

[1] 何家雄，夏斌，施小斌，等.世界深水油氣勘探進展與南海深水油氣勘探前景[J].天然氣地球科學，2006，17(6)：747-752，806. He Jiaxiong，Xia Bin，Shi Xiaobin，et al.Prospect and progress for oil and gas in deep waters of the world，and the potential and prospect foreground for oil and gas in deep waters of the South China Sea[J].Natural Gas Geoscience，2006，17(6)：747-752，806.

[2] 美國能源信息署.中國南海油氣資源評估報告[EB/OL].[2013-02-07].http://www.eia.gov/countries/regions-topics.cfm?fips=SCS. U.S.Energy Information Administration.South China Sea[EB/OL].[2013-02-07].http://www.eia.gov/countries/regions-topics.cfm?fips=SCS.

[3] 孫寶江，曹式敬，李昊，等.深水鉆井技術裝備現狀及發(fā)展趨勢[J].石油鉆探技術，2011，39(2):8-15. Sun Baojiang，Cao Shijing，Li Hao，et al.Status and development trend of deepwater drilling technology and equipment[J].Petrolem Drilling Techniques，2011，39(2):8-15.

[4] 路保平，李國華.西非深水鉆井完井關鍵技術[J].石油鉆探技術，2013，41(3):1-6. Lu Baoping，Li Guohua.Key technologies for deepwater drilling & completion in West Africa[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3):1-6.

[5] Sun Qiliang，Wu Shiguo，Cartwright J，et al.Shallow gas and focused fluid flow systems in the Pearl River Mouth Basin，northern South China Sea[J].Marine Geology，2012，315-318:1-14.

[6] 王瑞和，王成文，步玉環(huán)，等.深水固井技術研究進展[J].中國石油大學學報：自然科學版，2008，32(1):77-81. Wang Ruihe，Wang Chengwen，Bu Yuhuan，et al.Research development of deepwater cementing technique[J].Journal of China University of Petroleum：Edition of Natural Science，2008，32(1):77-81.

[7] 陳國明，劉秀全，暢元江，等.深水鉆井隔水管與井口技術研究進展[J].中國石油大學學報：自然科學版，2013，37(5):129-139. Chen Guoming，Liu Xiuquan，Chang Yuanjiang，et al.Advances in technology of deepwater drilling riser and wellhead[J].Journal of China University of Petroleum：Edition of Natural Science，2013，37(5):129-139.

[8] 張磊，暢元江，劉秀全，等.深水鉆井隔水管與防噴器緊急脫離后的反沖響應分析[J].石油鉆探技術，2013，41(3):25-30. Zhang Lei，Chang Yuanjiang，Liu Xiuquan，et al.Recoil analysis for deepwater drilling riser after emergency disconnection with blowout preventer[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3):25-30.

[9] 孫友義，鞠少棟，蔣世全，等.超深水鉆井隔水管-井口系統(tǒng)渦激振動疲勞分析[J].石油學報，2011，32(6):1050-1054. SunYouyi，Ju Shaodong，Jiang Shiquan，et al.Fatigue analysis of the vortex-induced vibration in a drlling riser-wellhead system in ultra deepwater[J].Acta Petrolei Sinica，2011，32(6):1050-1054.

[10] 鞠少棟，暢元江，陳國明，等.深水隔水管懸掛窗口確定方法[J].石油學報，2012，33(1):133-136. Ju Shaodong，Chang Yuanjiang，Chen Guoming，et al.Determination of the hang-off window for deepwater drilling riser[J].Acta Petrolei Sinica，2012，33(1):133-136.

[11] 劉秀全，陳國明，暢元江，等.臺風條件下深水鉆井隔水管觸底事故分析及對策[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40(6):738-742. Liu Xiuquan，Chen Guoming，Chang Yuanjiang，et al.Analyses and countermeasures of deepwater drilling riser grounding accidents under typhoon conditions[J].Petroleum exploration and development，2013，40(6):738-742.

[12] Sun Baojiang，Wang Ruihe，Zhao Xinxin，et al.The mechanism for the formation of slug flow in vertical gas-liquid two-phase flow[J].Solid-State Electronics，2002，46(12):2323-2329.

[13] Wang Zhiyuan，Sun Baojiang.Deepwater gas kick simulation with considering of the gas hydrate phase transition[J].Journal of Hydronamics，2014，26(1):94-103.

[14] 暢元江，鞠少棟，陳國明，等.深水鉆井隔水管單根基本參數確定方法[J].中國石油大學學報：自然科學版，2012，36(1):117-121. Chang Yuanjiang，Ju Shaodong，Chen Guoming，et al.Determining methods for basic parameters of deepwater drilling riser single[J].Journal of China University of Petroleum：Edition of Natural Science，2012，36(1):117-121.

[15] 管志川，柯珂，路保平.壓力不確定條件下套管層次及下深確定方法[J].中國石油大學學報：自然科學版，2009，33(4):71-75. Guan Zhichuan，Ke Ke，Lu Baoping.An approach to casing program design with formation pressure uncertainties[J].Journal of China University of Petroleum：Edition of Natural Science，2009，33(4):71-75.

[16] 邱正松，徐加放，趙欣，等.深水鉆井液關鍵技術研究[J].石油鉆探技術，2011，39(2):27-34. Qiu Zhengsong，Xu Jiafang，Zhao Xin，et al.Research on deepwater drilling fluids key technology[J].Petrolem Drilling Techniques，2011，39(2):27-34.

[17] 趙欣，邱正松，石秉忠，等.深水聚胺高性能鉆井液試驗研究[J].石油鉆探技術，2013，41(3):35-39. Zhao Xin，Qiu Zhengsong，Shi Bingzhong，et al.Experimental study on high performance polyamine drilling fluid for deepwater drilling[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3):35-39.

[18] 褚道余.深水井控工藝技術探討[J].石油鉆探技術，2012，40(1):52-57. Chu Daoyu.Well control technology in deepwater well[J].Petrolem Drilling Techniques，2012，40(1):52-57.

[19] 孫寶江，王志遠，公培斌，等.深水井控的七組分多相流動模型[J].石油學報，2011，32(6):1042-1049. Sun Baojiang，Wang Zhiyuan，Gong Peibin，et al.Application of a seven-component multiphase flow model to deepwater well control[J].Acta Petrolei Sinica，2011，32(6):1042-1049.

[20] Cayeux E，Daireaux B，Dvergsnes E W，et al.Principles and sensitivity analysis of automatic calibration of MPD methods based on dual-gradient drilling solutions[R].SPE 170330，2014.

[21] Palix E， Chan N， Yangrui Z，et al.Liwan 3-1:how deepwater sediments from South China Sea compare with Gulf of Guinea sediments[R].OTC 24010，2013.

[22] Cao Shunhua，Xie Yuhong，Liu Chang，et al.Multistage approach on pore pressure prediction：a case study in South China Sea[R].SPE 103856，2006.

[23] 葉銀燦，陳俊仁，潘國富，等.海底淺層氣的成因、賦存特征及其對工程的危害[J].東海海洋，2003，21(1):27-36. Ye Yincan，Chen Junren，Pan Guofu，et al.A study of formation cause，existing characteristics of the shallow gas and its danger to engineering[J].Donghai Marine Science，2003，21(1):27-36.

[24] 徐鵬，孫寶江，董玉杰，等.用于處理深水淺層氣的動力壓井方法研究[J].石油鉆探技術，2010，38(1):11-15. Xu Peng，Sun Baojiang，Dong Yujie，et al.Dynamic well kick method for shallow gas pockets in deep water[J].Petrolem Drilling Techniques，2010，38(1):11-15.

[25] 吳時國，孫運寶，王秀娟，等.南海北部深水盆地淺水流的地球物理特性及識別[J].地球物理學報，2010，53(7):1681-1690. Wu Shiguo，Sun Yunbao，Wang Xiujuan，et al.Geophysical signature and detection of shallow water flow in the deepwater basin of the northern South China Sea[J].Chinese Journal of Geophysics，2010，53(7):1681-1690.

[26] 張輝，高德利，劉濤，等.深水鉆井中淺層水流的預防與控制方法[J].石油鉆采工藝，2011，33(1):19-22. Zhang Hui，Gao Deli，Liu Tao，et al.Prevention and control methods for shallow water flow in deepwater drilling[J].Oil Drilling & Production Technology，2011，33(1):19-22.

[27] 唐海雄，韋紅術，易遠元，等.應用速度場技術預測深水鉆井中的淺層地質災害[J].天然氣工業(yè)，2014，34(5):95-99. Tang Haixiong，Wei Hongshu，Yi Yuanyuan，et al.Application of seismic wave velocity field to prediction the geological disasters in shallow strata during deep sea drilling[J].Natural Gas Industry，2014，34(5):95-99.

[編輯 陳會年]

Challenges and Countermeasures for the Drilling and Completion of Deepwater Wells in the South China Sea

Sun Baojiang, Zhang Zhennan

(SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(Huadong),Qingdao,Shandong， 266580,China)

In recent years, continuous breakthroughs have been made in the exploration and development of deepwater oil and gas resources in China. In particular, the successful undocking of HYSY-981, a deepwater semi-submersible drilling platform, has elevated deepwater drilling equipment of China to an advanced level in the world. However, in contrast with international advanced peers, the experience in deepwater drilling and completion in China is insufficient, operation and technology are at low level, the basic research at a theoretical level and other aspects are weaker. The paper reviewed the situation of research on deepwater drilling and completion in the South China Sea, and analyzed the technical difficulties existing in these operations. In consideration of existing challenges in the South China Sea, including special marine environment and geological conditions as well as long distances from the seashores, a series of key technologies and suggestions are proposed. It could be taken as the reference point and platform for the development of technologies and theories in deepwater drilling and completion in China, and to realize safe and efficient development of deepwater oil and gas resources in the South China Sea.

deepwater drilling; technical difficulties; development direction; South China Sea

2015-04-21。

孫寶江(1963—)，男，山東高青人，1985年畢業(yè)于華東石油學院鉆井工程專業(yè)，1999年獲北京大學流體力學專業(yè)博士學位，教授，博士生導師，教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，“973計劃”項目首席科學家，主要從事海洋石油工程、油氣井流體力學與工程領域的研究工作。系本刊編委。

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)“海洋深水油氣安全高效鉆完井基礎研究(編號：2015CB251200)”部分研究內容。

?“973”深水鉆井專題?

10.11911/syztjs.201504001

TE524

A

1001-0890(2015)04-0001-07

聯系方式：(0532)86983017，sunbj1128@126.com。