超深水（Ultra-Depth Water，簡稱UDW）和超深井鉆井（Ultra-Depth Drilling，簡稱UDD）是近十余年來海洋石油鉆井不斷向深水和深地層鉆井而形成、用以界別普通深水和普通鉆井井深的概念。一般以≥400m-≤1500m為深水，≥1500m（或5,000ft）為超深水（UDW）；以鉆井深度能力≥15,000ft（即4,500m）-≤25,000ft（即7,620m）為深井鉆井；≥25,000ft（即≥7,620m）為超深井鉆井（UDD）。 　　 　　全球深水油氣產(chǎn)量主要分布于西非、北美墨西哥灣、拉丁美洲的巴西近海、亞洲、澳洲和西歐六大海域。2006-2010年深水油氣產(chǎn)量占比例最大首推非洲（特別是西非），占40%；其次是北美（特別是墨西哥灣），占25%；其三是拉丁美洲（特別是巴西近海），占20%；亞洲占10%；西歐占3%；澳洲占2%；其他為1%。以上全球十大深水油氣藏發(fā)現(xiàn)國合計發(fā)現(xiàn)油氣藏儲量約達(dá)135.5億m3。 　　 　　超深鉆井裝備主要指UDW鉆井平臺-船（包括勘探用UDW半潛式鉆井平臺和鉆井船及用于鉆生產(chǎn)井的半潛式FPS、浮船式FPSO、TLP和Spar平臺上的鉆井設(shè)備）和UDD鉆井設(shè)備（包括UDD鉆機、泥漿泵、TDS和浮式鉆井專用水下設(shè)備和水面鉆柱運動補償器和張緊器等）。2006年11月統(tǒng)計的世界海洋石油移動式鉆井平臺新定貨和正建造的共107艘（工作水深均≥1500m的UDW半潛式鉆井平臺和鉆井船），配套的石油鉆機鉆井深度能力均為≥30,000ft的超深井鉆機?？梢姵钽@井裝備的旺銷。 　　 　　世界UDW鉆井平臺（船）發(fā)展展望 　　 　　A.新發(fā)展均為第6代鉆井平臺（船），對其特點的淺見是 　　 　　第6代鉆井平臺（船）出現(xiàn)時間在2000年甚至2003年及其以后；鉆井工作水深大都在10,000ft（3,048m）~12,500ft（3,810m）乃至更深；鉆井深度≥35,000ft（10,668m）~40,000ft（12,200m）乃至更深；鉆機為雙套，單套鉆機主絞車功率≥5000hp~7200hp乃至更大；鉆機、頂驅(qū)和泥漿泵的驅(qū)動方式多為交流變頻驅(qū)動或靜液驅(qū)動；立管多為豎直排列或豎、平相結(jié)合排列并有專供立管吊運的吊機（行車）；動力定位系統(tǒng)多為DP3或更高級。 　　 　　B.UDW半潛式鉆井平臺主要發(fā)展趨勢 　　 　　采用甚高強度鋼和優(yōu)良設(shè)計，其可變載荷與總排水量的比值將超過0.18以上，總排水量與自重的比值將超過4.0；大的甲板可變載荷（≥9,000t）和大的甲板空間；平臺大多為正方形或矩形，立柱多為4-6立柱、矩形截面、無斜撐、少節(jié)點的簡單外形結(jié)構(gòu)，以減少建造費用和降低船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的意外事故；良好的船體安全性和抗風(fēng)暴能力，全球全天候的工作能力和長的自持能力；更大的工作水深：目前最深的工作水深為12,000ft（3,810m）?？深A(yù)料，未來20年內(nèi)將有工作水深4,000-5,000m的半潛式平臺出現(xiàn)；裝備最先進(jìn)、大功率、高精度的動力定位系統(tǒng)（DPS－3乃至DPS－4）；裝備交流變頻驅(qū)動或靜液驅(qū)動的大功率UDD鉆機（單套鉆機主絞車功率≥5000hp~7200hp乃至更大）；鉆井深度能力≥35,000ft（10,668m）~40,000ft（12,200m）乃至更深，預(yù)計在未來20年內(nèi)，鉆井船的鉆井深度能力將突破15,000m；具有當(dāng)代最先進(jìn)的浮式鉆井專用設(shè)備和雙井架、雙套鉆機系統(tǒng)。 　　 　　C.UDW鉆井浮船發(fā)展趨勢 　　 　　采用甚高強度鋼和優(yōu)良的船型及結(jié)構(gòu)設(shè)計，將總排水量與船總用鋼量的比值進(jìn)一步提高，主尺度≥長250m×寬38m×型深18m；船具有良好的安全性（船為雙船殼）和抗風(fēng)暴能力，全球、全天候的工作能力和長的自持能力；甲板可變載荷≥2萬t，船主機功率≥5萬hp；設(shè)計工作水深≥10,000ft~12,000ft（3,658m），預(yù)料在未來20年內(nèi)工作水深將達(dá)4,000~5,000m（13,120ft~16,400ft）；裝備最先進(jìn)、大功率、高精度的動力定位系統(tǒng)（DPS－3乃至DPS－4）；裝備交流變頻驅(qū)動或靜液驅(qū)動的大功率超深井鉆機（單套鉆機主絞車功率≥5000hp~7200hp乃至更大）。鉆井深度能力≥35,000ft（10,668m）~40,000ft（12,200m）乃至更深，預(yù)料在未來20年內(nèi)，鉆井船的鉆井深度能力將突破15,000m；具有當(dāng)代最先進(jìn)的浮式鉆井專用設(shè)備和雙井架、雙套鉆機系統(tǒng)。 　　 　　世界UDD鉆井設(shè)備發(fā)展展望 　　 　　常規(guī)石油鉆機為適應(yīng)UDW和UDD鉆井，常規(guī)石油鉆機將向大功率交流變頻方向發(fā)展。如美國National-Oilwel公司生產(chǎn)的交流變頻鉆機，絞車功率4,000、5,000、7,200 hp；美國C-Emsco公司生產(chǎn)的交流變頻鉆機，絞車功率5,000 hp；Varco公司生產(chǎn)的交流變頻鉆機，絞車功率4,500和6,000hp；德國Wirth公司生產(chǎn)的交流變頻鉆機，絞車功率分別為3,750、4,500、5,000和6,000hp。以上轉(zhuǎn)盤通徑分別為49.5in和60.5in。 　　 　　可作為主動型鉆柱運動補償?shù)腁HD型數(shù)控變頻驅(qū)動鉆機絞車值得關(guān)注。如美國National-Oilwel公司生產(chǎn)的AHD型2300、3450、4000、6900hp數(shù)控變頻驅(qū)動鉆機絞車。 　　 　　新型石油鉆機 　　 　　無絞車、液缸升降型鉆機（Ram Rig）顯示其發(fā)展的生命力。已分別裝于2艘半潛平臺和2艘鉆井船上的Ram型鉆機，鉆深能力10,660m（35,000ft）。用升降液缸替代了龐大笨重的絞車，也替代了浮式鉆井的龐大的鉆柱運動補償器，顯著減少井場占用面積與空間，可降低成本約30%。顯示其發(fā)展的生命力。 　　 　　新型無絞車液壓升降型鉆機值得關(guān)注。目前，除挪威海事液壓公司Ram鉆機和意大利Drillmec鉆機是一種新式無絞車型液力提升鉆機外，新近又有Schramm公司推出的伸縮桅桿的TXD系列靜液傳動無絞車型動力頭鉆機值得關(guān)注： 　　 　　該鉆機首臺于2006年8月推出。目前，TXD系列鉆機共有三種規(guī)格，即T90XD型、T130XD型和T180XD型，提升能力分別為90,000-lb（400kN）、130,000-lb（580 kN）、180,000-lb（801 kN）；鉆機動力頭起下鉆行程為50ft（15.24m），適用鉆桿長度可達(dá)48ft（14.6m）。目前這種在陸地使用的鉆機值得海上借鑒。 　　 　　無絞車、機械升降型鉆機具有發(fā)展?jié)摿?　　 　　美國洛杉區(qū)西部鬧市區(qū)的BeverlyHills油田，由無絞車、機械升降行程19.8m（65ft）的鉆機，以頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉆井，置于由液壓缸推拉的可南北移動的滑橇上;北部為雙排井、移動長41.45m,南部為單井、移動長31.09m,井距1.8in（6ft）。共可鉆69口井。目前這種在陸地使用的鉆機值得海上借鑒。 　　 　　小井眼鉆機 　　 　　小井眼石油鉆機造價可降低40%、運載費用減少50%、占井場地減少40%、鉆井成本可降低50%；操作自動化程度高并可實現(xiàn)自動送鉆等一系列優(yōu)點。在海洋石油鉆井中將得到進(jìn)一步推廣使用。 　　 　　套管鉆井石油鉆機 　　 　　新近由加拿大TESCO鉆井技術(shù)公司開發(fā)的套管鉆井石油鉆機專門設(shè)計用于套管鉆井（也可用于常規(guī)技術(shù)鉆井），可提高鉆井效率30%以上，作業(yè)費因而相應(yīng)降低。其鉆機絞車、轉(zhuǎn)盤均用靜液驅(qū)動。 　　 　　石油鉆井頂部驅(qū)動裝置 　　 　　頂部驅(qū)動裝置重點發(fā)展交流變頻驅(qū)動或靜液驅(qū)動。Varco公司的TDS8SA型,功率1150hp，1000t；National-Oilwell公司的PS2 650/750型,Canrig公司的1275E型750hp、750t，均為交流變頻驅(qū)動；挪威海事液壓公司則發(fā)展靜液驅(qū)動，效果亦佳。 　　 　　石油鉆井泥漿泵 　　三缸單作用泥漿泵向大功率交流變頻方向發(fā)展。如National-Oilwel公司的14-P220 2,200hp，Wirth公司的51.7Mpa-69Mpa，功率2,200-3,000hp，Lewco公司的功率3,000hp等泥漿泵，均為交流變頻驅(qū)動。 　　 　　機械驅(qū)動長行程泥漿泵值得重視。2003年，美洛杉磯鬧市區(qū)的Beverly Hills油田，鉆機所配套的泥漿泵，是一種機械驅(qū)動長行程泥漿泵。共有4個液力端，每缸行程長達(dá)2,718mm（107in）。值得海上借鑒。 　　 　　靜液驅(qū)動的泥漿泵，配備用于自動化鉆機、小井眼石油鉆機和套管鉆井石油鉆機。 　　 　　輕重量長壽命泥漿泵：美國埃里斯-威廉姆斯工程公司（Ellis WilliamsEngineering Co.）生產(chǎn)的E-2200型2200hp泥漿泵活塞行程15in，活塞桿負(fù)荷達(dá)158,374lb（704.8 kN），110沖/min；軸承平均的使用壽命達(dá)125,000hr。EH-2200型2200hp泥漿泵活塞行程14in;活塞桿負(fù)荷達(dá)149,324lb（664.6 kN）；125沖/min；軸承平均的使用壽命達(dá)100,000hr。 　　 　　海洋防噴器 　　 　　海洋防噴器向大通徑高封井壓力和高剪切力發(fā)展。如美國Cameron和Shaffer公司的BOP通徑13.75in和18.75in，封井壓力103.5Mpa（15,000PSI），其全封剪切閘板可切斷13 3/8in以下的套管和6-5/8in、S-135鉆桿；美國Hydril公司的BOP通徑13.75in和18.75in，封井壓力最高達(dá)138Mpa（20,000PSI）。 　　 　　深水和超深水鉆井新近發(fā)展了水面BOP組，即將通徑13.75inBOP組置于立管（隔水管）與伸縮立管之間，從而避免將BOP組置于深水和超深水的海底、需要昂貴的大通徑BOP組和龐雜的控制系統(tǒng)等，不但節(jié)約費用而且更加安全可靠。但它主要用于采油的半潛式FPS、TLP或Spar平臺。 　　 　　鉆柱運動補償器 　　 　　天車型和游車型被動型鉆柱升沉運動補償器發(fā)展趨勢是： 　　 　　補償器補償行程≥7.62m（25ft），補償能力≥4,450kN（1,000千磅）；補償器的系統(tǒng)工作壓力≥20.7Mpa（3,000ps）；補償器的可靠性、操作靈敏度、使用壽命等將更加提高。 　　 　　主動型鉆柱升沉運動補償器發(fā)展趨勢是：可作為主動型鉆柱升沉運動補償器的AHD型數(shù)控變頻驅(qū)動鉆機絞車實現(xiàn)恒壓自動送鉆并主動補償升沉運動的裝置，今后可能有更多此類裝置投入海洋浮式石油鉆井。 　　 　　張緊器 　　 　　張緊器主要發(fā)展向超深水域鉆井、采油相適應(yīng)的液缸被動型。包括： 　　 　　立管張緊器的補償行程≥19.8m（65ft）；鉆井用立管張緊器將普遍發(fā)展雙液缸型、最大張緊力≥1,113kN（250千磅）；采油用立管張緊器將發(fā)展和推廣采用無繩索直接作用型、多缸組合結(jié)構(gòu)；張緊器的可靠性、操作靈敏度、使用壽命等將更加提高。 　　 　　對我國超深井鉆井設(shè)備發(fā)展的建議 　　 　　我國應(yīng)加強對海洋特別是深水和超深水油氣勘探開發(fā)資金和裝備的投入，并學(xué)習(xí)國際著名油公司，向海外市場發(fā)展的經(jīng)驗，正視我國人均擁有探明石油儲量僅為世界人均擁有探明石油儲量的7.23%、我國人均擁有探明天然氣儲量僅為世界人均擁有探明天然氣儲量的4.47%這一嚴(yán)峻現(xiàn)實（據(jù)WO2007年公布世界油氣儲量資料折算）。不能盲目樂觀，要尋求國內(nèi)獲得油氣資源和產(chǎn)量的多種途徑。 　　 　　我國UDW和UDD鉆井裝備的研制已有良好起步，但要繼續(xù)保持和發(fā)展這一良好勢頭，。我國承擔(dān)國內(nèi)外UDW鉆井平臺已達(dá)9艘，其中3000m工作水深的半潛式鉆井平臺981號正在上海設(shè)計建造；國內(nèi)寶石、宏華、蘭石國民油井等公司研制并批量生產(chǎn)的7000m、9000m數(shù)控變頻鉆機和寶雞石油機械有限責(zé)任公司自行設(shè)計、制造用于當(dāng)今世界頂級深井的ZJ120/9000DB型12,000m超深井鉆機也于2007年末成功下線。這些設(shè)備經(jīng)相應(yīng)改裝后均可用于海上超深水、超深井鉆井。以上這都是值得可喜可賀的良好起步，希望繼續(xù)保持和發(fā)展這一良好勢頭。保持和發(fā)展這一良好勢頭的重要舉措是瞄準(zhǔn)國內(nèi)特別是國際市場，積極參與國際市場競爭。具體如下： 　　 　　在鉆井平臺（船）特別是動力定位鉆井船的設(shè)計、建造方面要趕超韓國。 　　 　　在鉆井平臺（船）配套通用設(shè)備方面建議自主設(shè)計制造的主要有：單機功率≥1,000kw、低油耗、良排放（具有電噴裝置）、長壽命柴油發(fā)電機組；功率≥1,000kw的交流變頻電機控制系統(tǒng)；單機功率≥2,000kw、低油耗、長壽命柴油消防泵組；平臺（船）上的動力定位及深水錨泊系統(tǒng)等。 　　 　　在鉆井平臺（船）配套U D D鉆機和浮式鉆井專用設(shè)備方面建議自主設(shè)計制造的主要有：鉆井深度能力為9,000m和12,000m的海洋石油變頻電驅(qū)動鉆機及單機功率≥2,200hp的鉆井泥漿泵；適應(yīng)鉆井深度能力為9,000m和12,000m的變頻電驅(qū)動或靜液驅(qū)動頂部驅(qū)動裝置（TDS）；通徑為18.75in、壓力為69Mpa（10,000psi）和103.5Mpa（15,000psi）的BOP組（包括環(huán)形BOP和雙聯(lián)或三聯(lián)閘板BOP及相應(yīng)的聯(lián)結(jié)器）；上部適應(yīng)18.75in聯(lián)結(jié)器、壓力為69Mpa（10,000psi）和103.5Mpa（15,000psi）的海底井口頭（套管頭）系統(tǒng)；立管（隔水管）系統(tǒng)（包括下立管組、立管本體組件、伸縮立管、泥漿出口管）及導(dǎo)流器組件。 　　 　　浮式鉆井專用設(shè)備的控制系統(tǒng)（包括常規(guī)水深的電-氣-液-液控制系統(tǒng)、深水常規(guī)浮式鉆井專用設(shè)備的多路傳輸控制系統(tǒng)和深水水面BOP控制系統(tǒng)三種。而深水常規(guī)浮式鉆井專用設(shè)備的多路傳輸控制系統(tǒng)還包括一套聲學(xué)應(yīng)急安全防備系統(tǒng)）；額定補償能力為600千磅（2,670kN）和800千磅（3,560kN）、償器行程為1 5 f t（4.6 m）、2 0 f t（6.1m）、25ft（7.6m）被動型鉆柱運動補償器系統(tǒng)；結(jié)合發(fā)展數(shù)控變頻電驅(qū)動鉆機絞車同時實現(xiàn)恒壓自動送鉆并主動補償升沉運動的鉆柱升沉運動補償器；額定張緊能力為14千磅（62.3kN）、16千磅（71.2kN）和60千磅（267kN）、80千磅（356kN）、120千磅（534.1kN），償器行程為40ft（12.2m）、50ft（15.2m）和66ft（20.1m）的被動型導(dǎo)向繩和立管（隔水管）張緊器系統(tǒng)。 來源：石油與裝備 作者：廖謨圣