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摘 要：本文探讨了注空心球双梯度钻井系统的工作原理，空心球的设计及其物理性能，空心球的海面分离技术，注空心球双梯度钻井技术的优势，随着钻井装置及其配套设施的不断升级与改造，双梯度钻井的各项技术方案将更加成熟，优势将更加突出，推广应用效果将更加明显。
关键词：注空心球 双梯度 钻井 分离技术
美国Maurer技术公司承担的美国能源部项目“欠平衡钻井产品的开发与试验”首先提出了注空心球双梯度钻井概念，并在随后的工业联合项目“注空心球双梯度钻井系统研究”中进行了详细研究，开展了大量的试验工作。
一、注空心球双梯度钻井系统的工作原理
空心球和钻井液在海面按一定比例混合形成低密度钻井液，泵送到海底并注入隔水管的底部，降低隔水管中钻井液的密度，使其与周围的海水密度相当。钻井液返回海面后通过振动筛从中分离出空心球和钻屑，分离出的空心球和钻屑进入海水池，重的钻屑沉入底部，而轻的空心球则漂浮在水面，可以重新收集利用。通过振动筛后，大部分钻井液进入循环池，小部分钻井液（或海水）与分离出的空心球重新混合形成低密度流體，经钻杆泵送到海底注入隔水管内继续循环（图1）。
二、空心球的设计及其物理性能
空心球的材质可以是玻璃、塑胶、合成材料、金属等。Maurer最初做试验用的是由3M公司制造的直径10～100 μm的空心玻璃微球，其密度为0.38 g/cm3。添加体积为50%的这种空心球可以将1.68 g/cm3的钻井液密度降至海水密度（1.02 g/cm3）。
工业用空心玻璃球的主要化学成分见表1。选用空心玻璃球作为钻井液的轻质固体添加剂（LWSA）是基于其良好的物理性能及其在油气井中高温高压条件下仍能保持其良好物理特性的能力，其中最主要的是空心玻璃球较低的球体密度和较高的破裂压力。
三、空心球的海面分离技术
Maurer最初做试验用的是由3M公司制造的直径10～100 μm的空心玻璃微球。为了节约钻井成本，到达经济钻井的目的，空心球需要回收再利用。但是，MTI、贝克休斯和其他公司进行的大量试验表明，在双梯度钻井的高循环速度下（50.47～88.32 L/s），用常规的离心机或者水力分离器不可能100%的将空心球从钻井液中分离出来并回收再利用。为了解决把小直径空心球从钻井液中分离出来比较困难的问题，Maurer进行了使用大直径（大于100 μm）空心球的试验，证明大直径空心球可以用普通的振动筛从钻井液中分离出来。
空心球的分离过程见图2：空心球在海底混合到钻井液并注入隔水管后，与从环空返回的、携带钻屑的钻井液混合在一起。当携带空心球和钻屑的钻井液返出井眼后先通过振动筛进行分离，分离出的空心球和钻屑进入一个海水容器（池），因为钻屑比较重所以沉入底部，而空心球比较轻则漂浮在水面，可以将其重新收集利用。通过振动筛后，大部分钻井液进入循环池，小部分钻井液与分离出的空心球重新混合形成低密度流体，泵送到海底注入隔水管内继续循环。大直径空心球除了具有用普通振动筛可以很容易地从钻井液中分离出来的优点外，由它配置的钻井液的黏度也比较低。
四、注空心球双梯度钻井技术的优势
使用注空心球双梯度钻井技术具有以下几种优势：①减少或消除了海底泵的使用，利用普通的钻井泵，比海底泵更容易控制；②钻屑与碎片不必通过海底泵，消除了使用海底泵时的气体堵塞，比较容易发现井涌或井喷的发生，井控也容易实现；③容易控制由于地层孔隙压力过大致使油气进入钻井液而引发的井喷事故，容易保持海水的压力梯度；④不需要海底电力和动力管线；⑤通过适当的注入方式，空心球可使压力梯度呈线性变化。
五、结束语
双梯度钻井是一项正处于发展中的新技术，随着理论研究与模拟实验的不断深入、水下与海底设备的不断改进、操作参数的不断优化、工艺流程的不断完善、局限性的不断克服、深水钻井装置及其配套设施的不断升级与改造，双梯度钻井的各项技术方案将更加成熟，优势将更加突出，推广应用效果将更加明显。
参考文献：
[1] 代运锋，詹新宝，荆朝旗，翟高明，郭瑞，陈镇. 海洋深水钻井新概念——“ABS”装置[J]. 科技信息. 2010（17）
[2] 代运锋. 海洋深水钻井新概念-“ABS”装置[J]. 内蒙古石油化工. 2010（13）
[3] 卢春阳，狄敏燕，朱炳兰，张宗林. 超深水海洋双梯度钻井技术[J]. 钻采工艺. 2001（04）
关键词：注空心球 双梯度 钻井 分离技术
美国Maurer技术公司承担的美国能源部项目“欠平衡钻井产品的开发与试验”首先提出了注空心球双梯度钻井概念，并在随后的工业联合项目“注空心球双梯度钻井系统研究”中进行了详细研究，开展了大量的试验工作。
一、注空心球双梯度钻井系统的工作原理
空心球和钻井液在海面按一定比例混合形成低密度钻井液，泵送到海底并注入隔水管的底部，降低隔水管中钻井液的密度，使其与周围的海水密度相当。钻井液返回海面后通过振动筛从中分离出空心球和钻屑，分离出的空心球和钻屑进入海水池，重的钻屑沉入底部，而轻的空心球则漂浮在水面，可以重新收集利用。通过振动筛后，大部分钻井液进入循环池，小部分钻井液（或海水）与分离出的空心球重新混合形成低密度流體，经钻杆泵送到海底注入隔水管内继续循环（图1）。
二、空心球的设计及其物理性能
空心球的材质可以是玻璃、塑胶、合成材料、金属等。Maurer最初做试验用的是由3M公司制造的直径10～100 μm的空心玻璃微球，其密度为0.38 g/cm3。添加体积为50%的这种空心球可以将1.68 g/cm3的钻井液密度降至海水密度（1.02 g/cm3）。
工业用空心玻璃球的主要化学成分见表1。选用空心玻璃球作为钻井液的轻质固体添加剂（LWSA）是基于其良好的物理性能及其在油气井中高温高压条件下仍能保持其良好物理特性的能力，其中最主要的是空心玻璃球较低的球体密度和较高的破裂压力。
三、空心球的海面分离技术
Maurer最初做试验用的是由3M公司制造的直径10～100 μm的空心玻璃微球。为了节约钻井成本，到达经济钻井的目的，空心球需要回收再利用。但是，MTI、贝克休斯和其他公司进行的大量试验表明，在双梯度钻井的高循环速度下（50.47～88.32 L/s），用常规的离心机或者水力分离器不可能100%的将空心球从钻井液中分离出来并回收再利用。为了解决把小直径空心球从钻井液中分离出来比较困难的问题，Maurer进行了使用大直径（大于100 μm）空心球的试验，证明大直径空心球可以用普通的振动筛从钻井液中分离出来。
空心球的分离过程见图2：空心球在海底混合到钻井液并注入隔水管后，与从环空返回的、携带钻屑的钻井液混合在一起。当携带空心球和钻屑的钻井液返出井眼后先通过振动筛进行分离，分离出的空心球和钻屑进入一个海水容器（池），因为钻屑比较重所以沉入底部，而空心球比较轻则漂浮在水面，可以将其重新收集利用。通过振动筛后，大部分钻井液进入循环池，小部分钻井液与分离出的空心球重新混合形成低密度流体，泵送到海底注入隔水管内继续循环。大直径空心球除了具有用普通振动筛可以很容易地从钻井液中分离出来的优点外，由它配置的钻井液的黏度也比较低。
四、注空心球双梯度钻井技术的优势
使用注空心球双梯度钻井技术具有以下几种优势：①减少或消除了海底泵的使用，利用普通的钻井泵，比海底泵更容易控制；②钻屑与碎片不必通过海底泵，消除了使用海底泵时的气体堵塞，比较容易发现井涌或井喷的发生，井控也容易实现；③容易控制由于地层孔隙压力过大致使油气进入钻井液而引发的井喷事故，容易保持海水的压力梯度；④不需要海底电力和动力管线；⑤通过适当的注入方式，空心球可使压力梯度呈线性变化。
五、结束语
双梯度钻井是一项正处于发展中的新技术，随着理论研究与模拟实验的不断深入、水下与海底设备的不断改进、操作参数的不断优化、工艺流程的不断完善、局限性的不断克服、深水钻井装置及其配套设施的不断升级与改造，双梯度钻井的各项技术方案将更加成熟，优势将更加突出，推广应用效果将更加明显。
参考文献：
[1] 代运锋，詹新宝，荆朝旗，翟高明，郭瑞，陈镇. 海洋深水钻井新概念——“ABS”装置[J]. 科技信息. 2010（17）
[2] 代运锋. 海洋深水钻井新概念-“ABS”装置[J]. 内蒙古石油化工. 2010（13）
[3] 卢春阳，狄敏燕，朱炳兰，张宗林. 超深水海洋双梯度钻井技术[J]. 钻采工艺. 2001（04）