南海高温高压钻完井关键技术及工程实践
论文作者:草根论文网 论文来源:www.lw360.net 发布时间:2018年01月13日

目前,世界能源消费仍以化石能源为主,其中油气所占比例高达56%。我国经济发展对化石能源需求量持续增长,而陆地油气产量呈递减趋势,海上油气资源的勘探开发显得至关重要川。    

南海油气资源丰富,占全国油气总资源量1/3以上,是我国能源重要接替区、国家“一带一路”战略能源保障基地。由于地处欧亚、太平洋和印澳板块交汇处,地质构造复杂,南海也是公认的世界三大海上高温高压区域之一,已钻井井底温度高达249℃,压力梯度2.4Mpa/100 m,地层压力抬升快、台阶多,钻完井作业难度大。从20世纪80年代起,SHELL CHEVRONBY等国际知名公司在南海莺琼盆地累计钻探15口高温高压井,受地层压力预测精度、井筒完整性、完井测试工艺等钻完井技术制约,造成近30%的井眼报废或未达地质目的,直接经济损失近50亿元,纷纷退出勘探权益。    

南海高温高压钻完井技术挑战主要体现在:①受地质构造断裂交汇影响,高压成因复杂,传统压力预测方法误差大,极易造成溢流井漏甚至井喷,井眼报废率高。②高温高压环境下液体膨胀和腐蚀加剧,固井质量难以保证,井筒泄漏及环空带压严重。目前国外海上高温高压井环空带压比例平均70,尚未有效解决。③海上平台空间受限,无法采用常规高温高压井的“一用一备”地面流程模式,高温、高产、水合物、冲蚀、震动等因素导致测试放喷和生产过程风险极高。④高温高压井钻井液密度高、稳定性差,导致钻速低、周期长、成本高、环保压力大,国际知名公司在南海钻探的15口井,平均单井工期173 d,单井费用3. 3亿元。    

针对以上技术挑战,中国海油自1997年开始,依托国家863计划、科技重大专项、总公司重点科研项目等,历经近20年持续攻关与实践,取得了重要技术创新,实现了南海高温高压钻完井关键技术重大突破,安全高效地实施了52口高温高压井作业,发现了7个大中型海上高温高压气田,建成了我国第一个海上高温高压东方气田群。本文主要是对南海高温高压钻完井关键技术及工程实践的总结,在此基础上展望了南海高温高压钻完井技术未来发展方向,以期为进一步加快南海及其他地区类似高温高压区块油气资源高效可持续勘探开发提供指导。

1关键技术

1. 1异常压力精确预测及控制技术    

南海莺琼盆地是典型的高温高压区,其形成和发展受欧亚板块、印度板块和太平洋板块的共同作用和影响,在其演化历史中伸展和岩石圈大幅度减薄是控制盆地演化的主要因素川,致使该区域的异常压力成因复杂。通过研究地质加载、卸载等多源机制成因的异常压力精确预测方法,成功研发了极窄压力窗口连续循环微压差定量控制钻井技术,大幅提高了高温高压井钻井成功率,在多源多机制成因异常压力预测方法、多参数实时联动调控微压差连续循环钻井系统、多因素控制的双向循环井身结构设计方法等方面取得了重大突破。

1. 2海上高温高压多级屏障井筒完整性技术    

高温高压井受固井质量、腐蚀等因素影响,井筒泄漏风险点多,井筒完整性保障困难,国外海上高温高压井环空带压高达70。因此,控制井筒环空带压问题是高效开发高温高压气田的关键。成功研发的海上高温高压高含CO:气井多级屏障全寿命井筒完整性技术包括2项内容:“五防”及“自修复”高温高压固井水钻井液体系、多级屏障井筒完整性技术川,实现了南海所有高温高压井钻完井作业和生产期间“零”环空带压的突破。

1. 3海上高温高压多因素多节点测试技术    

受海上平台空间狭小、设备紧凑、人机距离短等因素制约,高温高压井测试作业风险高、成功率低困。研发了全流程多因素多节点监控海上高温高压测试系统.〕和环空保护液压力自动平衡控制装置,实现了海上平台狭小空间下的高温高压高产气井安全测试作业,创造了海上单层877X 104m3/d无阻流量测试作业记录,成功完成了我国第一个海上高温高压气田清喷投产。

1. 4海上高温高压优质高效作业技术    

受工具和工艺技术条件制约,国内外可借鉴经验少,以往南海高温高压钻完井周期长、成本高,因此需要深人开展针对高温高压井提质增效技术攻关。研发了高温高压环保型水基双效钻完井液体系及耐高温综合提速工具,创建了高温高压丛式井防碰井段“三效一体”作业技术,实现了海上高温高压井优质高效作业。

2工程实践    

南海高温高压钻完井关键技术研究成果已经在南海高温高压勘探开发中得到广泛应用,整体技术及单项技术在南海52口高温高压井中成功实践,支撑发现了东方、陵水等7个大中型海上高温高压气田,建成了我国第一个海上高温高压东方气田群,为加快南海油气资源勘探开发奠定了坚实基础。同时,相关技术成果已推广至中国东海、印尼、缅甸、伊拉克、墨西哥湾等地区,取得了显著的社会经济效益。表1为南海高温高压钻完井关键技术指标对比。

 

3未来发展方向    

由于南海面积分布广、地质构造差异性大、流体性质不确定、浅水深水并存,为进一步拓展该项技术研究成果在南海油气勘探开发中的应用,持续保持安全、低成本、高效作业,仍需在超高温高压及深水高温高压方面进行深入研究。

1)超高温高压。随着浅层油气探明程度的增加,油气勘探开发向纵深发展是必然趋势,前景比较广阔。针对温度和压力等级更高的井,尤其是当温度超过250 ℃,作业难度大幅上升,亟需从井身结构设计、套管强度及选材、井控能力、安全控制、应急救援等方面开展系统研究,做好技术储备。    

2)深水高温高压。深水领域油气勘探开发已上升为国家战略,南海是我国深水作业主战场,但是南海在进人深水区后依然存在高温高压环境。深水高温高压既具有深水作业难点、也具有高温高压作业难点,两者祸合作用后会形成上部超低温和下部超高温的叠加影响,钻井液安全密度窗口进一步变窄。深水高温高压井对钻井液技术、固井技术、井身结构设计和套管选材技术等方面带来巨大挑战。因此,针对深水高温高压井尚需要在现有技术基础上进一步加强理论和工程技术研究,更好地指导深水高温高压井钻完井作业。


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