深水鉆井設(shè)計(jì)的技術(shù)流程與工作方法*

葉吉華 劉正禮 羅俊豐

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

深水鉆井設(shè)計(jì)的技術(shù)流程與工作方法*

葉吉華 劉正禮 羅俊豐

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

深水鉆井設(shè)計(jì)面臨海洋環(huán)境惡劣、壓力窗口窄、淺層地質(zhì)災(zāi)害危害大、作業(yè)費(fèi)用高昂和深水海底低溫高壓等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在充分借鑒我國(guó)淺水鉆井設(shè)計(jì)和國(guó)外深水鉆井設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究并提出了深水鉆井設(shè)計(jì)的技術(shù)流程與工作方法。以“海洋石油981”鉆井平臺(tái)在南海實(shí)施鉆探的第1口自營(yíng)深水井為例進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,結(jié)果表明采用本文提出的深水鉆井設(shè)計(jì)技術(shù)流程與工作方法,使鉆井作業(yè)時(shí)效達(dá)86%。目前該技術(shù)流程與工作方法已推廣應(yīng)用在“海洋石油981”、“南海8號(hào)”深水鉆井平臺(tái)數(shù)十口自營(yíng)深水鉆井設(shè)計(jì)和海外剛果深水鉆井設(shè)計(jì)實(shí)踐中,均取得了良好的應(yīng)用效果,可為其他類似深水鉆井設(shè)計(jì)提供參考。

深水;鉆井設(shè)計(jì);技術(shù)流程;工作方法;“海洋石油981”;南海

我國(guó)南海是世界四大油氣聚集地之一,深水區(qū)蘊(yùn)藏了約210億t的石油地質(zhì)儲(chǔ)量[1-2]。隨著荔灣3-1、流花34-1和流花29-1等油氣田的發(fā)現(xiàn),南海發(fā)現(xiàn)大型深水油氣田的前景更加廣闊[3-4]。優(yōu)質(zhì)的深水鉆井設(shè)計(jì)是深水鉆井施工的基礎(chǔ),是深水油氣井鉆井作業(yè)安全順利的保證,是提高鉆井效率,降低作業(yè)費(fèi)用的前提[5-9]。深水鉆井設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及面廣、涵蓋知識(shí)點(diǎn)多、技術(shù)難度大,而我國(guó)深水鉆井起步較晚,深水鉆井設(shè)計(jì)技術(shù)相比國(guó)外尚存在一定差距。目前針對(duì)深水鉆井設(shè)計(jì)分析的文獻(xiàn)資料很少,現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料主要集中在深水鉆井挑戰(zhàn)介紹及相關(guān)專題研究方面[10-14]。本文在充分借鑒我國(guó)淺水鉆井設(shè)計(jì)和國(guó)外深水鉆井設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,分析了深水鉆井設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn),提出了深水鉆井設(shè)計(jì)的技術(shù)流程和工作方法,并以“海洋石油981”鉆井平臺(tái)在南海實(shí)施鉆探的第1口自營(yíng)深水井為例進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,取得了良好效果。本文提出的深水鉆井設(shè)計(jì)技術(shù)流程與工作方法目前已在數(shù)十口南海深水鉆井設(shè)計(jì)及海外剛果深水鉆井設(shè)計(jì)中取得成功應(yīng)用,可為其他類似深水鉆井設(shè)計(jì)提供參考。

1 深水鉆井設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)與解決方案

由于深水環(huán)境和鉆井作業(yè)工況的復(fù)雜性,深水鉆井設(shè)計(jì)不同于常規(guī)水深的鉆井設(shè)計(jì),主要面臨以下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn):

1)海洋環(huán)境惡劣。首先,隨著水深的增加,要求鉆井平臺(tái)作業(yè)能力相應(yīng)增加,且要求隔水管更長(zhǎng)、防噴器組(BOP)井控能力更強(qiáng)、鉆井液容積更大以及設(shè)備的壓力等級(jí)更高,對(duì)設(shè)備的可靠性要求更加苛刻。其次是內(nèi)波流的影響。對(duì)我國(guó)南海而言,特有的內(nèi)波流以及季風(fēng)氣候的影響須在鉆井設(shè)計(jì)中考慮。2012年4月到7月間,南海自營(yíng)深水井作業(yè)期間監(jiān)測(cè)到的內(nèi)波流次數(shù)達(dá)到14次,其中5月份和7月份分別遇到6次和5次。2013年5月,南海第1口自營(yíng)深水井鉆井作業(yè)期間遭遇強(qiáng)度最大的一次內(nèi)波流,流速達(dá)到2.22 m/s,致使平臺(tái)漂移4.9 m。整體上來(lái)說(shuō),內(nèi)波流雖方向有規(guī)律,但發(fā)生時(shí)間不定、流速無(wú)常、區(qū)域分布差異較大,給深水鉆井平臺(tái)定位和鉆井隔水管作業(yè)帶來(lái)了安全風(fēng)險(xiǎn)。第三是臺(tái)風(fēng)的影響。南海臺(tái)風(fēng)頻發(fā),每年6—11月為臺(tái)風(fēng)高發(fā)期?！昂Ｑ笫?81”作業(yè)的4口自營(yíng)深水井中有2口井分別遭遇4次臺(tái)風(fēng)和2次臺(tái)風(fēng),共影響作業(yè)時(shí)間近一個(gè)月。

2)壓力窗口窄。由于深水區(qū)地層覆蓋了深度上千米的海水,獨(dú)特的海底表層沉積物使得深水地層破裂壓力和孔隙壓力之間的差別小,容易發(fā)生井漏、井噴等復(fù)雜情況。在深水鉆井設(shè)計(jì)中,往往由于作業(yè)窗口小而使得套管鞋深度設(shè)計(jì)不夠深。另外,深水區(qū)域的井所需的套管柱層數(shù)常常比有著相同鉆進(jìn)深度的淺水區(qū)域的井或陸上的井多,有的井甚至因?yàn)闆](méi)有可用的套管而無(wú)法達(dá)到最終的鉆井目的。

3)淺層地質(zhì)災(zāi)害危害大。深水淺層地質(zhì)災(zāi)害通常發(fā)生在泥線以下1 000 m范圍內(nèi),主要包括淺層氣、淺層水、天然氣水合物和不穩(wěn)定海床。在深水鉆井作業(yè)期間,如鉆遇淺層地質(zhì)災(zāi)害,可能引起井控以及井眼完整性失效、儲(chǔ)層損害等問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)可能造成井口基底沖垮、井口塌陷,甚至造成井噴和平臺(tái)傾覆等災(zāi)難事故。

4)作業(yè)費(fèi)用高昂。深水鉆井作業(yè)面臨惡劣的海洋環(huán)境和復(fù)雜的工程地質(zhì)條件,使得深水鉆井作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、鉆井作業(yè)工況多,對(duì)深水鉆井平臺(tái)和設(shè)備作業(yè)能力和可靠性要求更加苛刻,呈現(xiàn)出平臺(tái)大型化、設(shè)備智能化、作業(yè)自動(dòng)化的特點(diǎn),使得平臺(tái)租金和鉆井作業(yè)費(fèi)用居高不下,如“海洋石油981”綜合日費(fèi)超過(guò)了100萬(wàn)美元。此外,深水鉆井通常離岸距離遠(yuǎn)(目前在我國(guó)南海已完鉆的4口深水井離岸距離均在300 km以上,其中最遠(yuǎn)的深水井離岸距離達(dá)到378 km)、后勤補(bǔ)給線長(zhǎng)、應(yīng)急儲(chǔ)備物料多、應(yīng)急保障性要求高,也增加了深水鉆井作業(yè)費(fèi)用。

5)深水海底低溫高壓環(huán)境的影響。除了上述面臨的挑戰(zhàn)之外,深水鉆井設(shè)計(jì)還要考慮海底低溫高壓環(huán)境的影響。深水海底溫度壓力環(huán)境容易形成水合物,一旦形成則會(huì)堵塞鉆井液循環(huán)通道或鉆井系統(tǒng)的其他管路,如堵塞防噴器等,導(dǎo)致隔水管下部總成與防噴器脫離困難等。另外,深水海底低溫環(huán)境還會(huì)降低鉆井液和水泥漿流動(dòng)性,增加流動(dòng)阻力,壓漏地層,導(dǎo)致鉆井液漏失、固井質(zhì)量差等后果。

針對(duì)上述深水鉆井設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn),在設(shè)計(jì)中可采取如下解決方案:

1)深水鉆井設(shè)計(jì)中要考慮惡劣海洋環(huán)境給平臺(tái)選型、定位和隔水管系統(tǒng)配置等帶來(lái)的影響,對(duì)于存在強(qiáng)海流、季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)內(nèi)波流等區(qū)域的井,在充分統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)規(guī)律上,須進(jìn)行海洋環(huán)境對(duì)深水移動(dòng)式鉆井裝置檢驗(yàn)與選型、錨泊或動(dòng)力定位平臺(tái)作業(yè)安全和隔水管系統(tǒng)設(shè)計(jì)及配置作業(yè)影響的專項(xiàng)研究,選擇能滿足惡劣海洋環(huán)境要求的鉆井裝置,如第五、六代浮式鉆井裝置,并做好平臺(tái)應(yīng)急解脫程序及撤離預(yù)案。

2)在深水井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和井控設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮地層壓力窗口窄所造成的限制,根據(jù)計(jì)劃井鉆前地震數(shù)據(jù)和鄰井隨鉆獲取地層壓力資料開展地層壓力預(yù)測(cè)和井壁穩(wěn)定性研究,通過(guò)選擇安全的鉆井液密度窗口、設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)、結(jié)合鉆井液性能和壓井阻流管線特點(diǎn)進(jìn)行井控分析、選擇低密度水泥漿等方法應(yīng)對(duì)壓力窗口窄的挑戰(zhàn)。

3)深水鉆井設(shè)計(jì)前須對(duì)計(jì)劃井位開展包括淺層地質(zhì)災(zāi)害在內(nèi)的井場(chǎng)調(diào)查,并須根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果,結(jié)合計(jì)劃井的具體情況,提出淺層地質(zhì)災(zāi)害研究和分析的內(nèi)容,包括淺層氣、淺層流、水合物、海底河道、斷層、海底滑坡、泥火山等,盡量避免在存在淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的井位作業(yè),對(duì)于無(wú)法避開淺層地質(zhì)災(zāi)害的井位,在設(shè)計(jì)中須做好井口穩(wěn)定性、井漏、動(dòng)態(tài)壓井技術(shù)及壓井液密度和用量等方面的分析計(jì)算,制定相應(yīng)預(yù)防措施及物資準(zhǔn)備計(jì)劃。

4)高昂的作業(yè)費(fèi)用給深水鉆井設(shè)計(jì)在平臺(tái)選型、器材配置和作業(yè)工藝選擇等方面帶來(lái)了制約,設(shè)計(jì)時(shí)須統(tǒng)計(jì)分析周邊已實(shí)施深水井或相似水深、作業(yè)環(huán)境深水井的作業(yè)工期,為本井工期預(yù)測(cè)提供依據(jù);在鉆井程序設(shè)計(jì)上盡量采用交叉、離線和批鉆作業(yè)等工藝,縮短作業(yè)工期;制定合理的運(yùn)輸計(jì)劃,選用滿足計(jì)劃井作業(yè)環(huán)境的工作船,減少相關(guān)費(fèi)用。

5)深水鉆井設(shè)計(jì)中要選用適合低溫的鉆井液、水泥漿體系,依據(jù)地層承壓能力和壓力窗口設(shè)計(jì)鉆井液和水泥漿性能,做好水合物生成預(yù)防措施等方面應(yīng)對(duì)由于低溫高壓環(huán)境帶來(lái)的影響。

2 深水鉆井設(shè)計(jì)的技術(shù)流程與工作方法

2.1 鉆前資料收集

鉆前資料收集應(yīng)盡可能詳盡,主要內(nèi)容及方法為:

1)已鉆深水井信息。通過(guò)國(guó)內(nèi)外技術(shù)調(diào)研,盡量收集已鉆深水井的相關(guān)資料,尤其是作業(yè)條件、水深等與計(jì)劃井相似的區(qū)域井資料。

2)區(qū)域和鄰井資料。與地質(zhì)部門溝通,搜集統(tǒng)計(jì)區(qū)塊及臨近區(qū)塊的勘探背景、區(qū)域地質(zhì)背景,包括但不限于鉆井工程設(shè)計(jì)、鉆井日?qǐng)?bào)、鉆井液日?qǐng)?bào)、相關(guān)專業(yè)完井報(bào)告、電測(cè)資料、錄井資料、測(cè)試資料、取心資料等。

3)作業(yè)前的氣象、水文資料。通過(guò)開展海洋環(huán)境調(diào)查、井場(chǎng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)作業(yè)區(qū)域歷史氣象、水文數(shù)據(jù),對(duì)作業(yè)區(qū)域的氣象條件、水文資料進(jìn)行收集,掌握計(jì)劃井位海底溫度壓力參數(shù),了解計(jì)劃井作業(yè)區(qū)域內(nèi)的季風(fēng)、洋流、水溫、漁業(yè)等情況。

4)基地狀況與條件。通過(guò)作業(yè)基礎(chǔ)實(shí)地考察、與當(dāng)?shù)刈鳂I(yè)者交流等方式,收集服務(wù)商資源、基地情況、倉(cāng)儲(chǔ)、碼頭、后勤支持能力、交通狀況、社會(huì)環(huán)境、法律法規(guī)要求等。

2.2 相關(guān)井資料綜合分析

對(duì)已有的相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析,總結(jié)出作業(yè)經(jīng)驗(yàn),辨識(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn),制定預(yù)防措施。具體方法為:統(tǒng)計(jì)、分析已實(shí)施井作業(yè)期間出現(xiàn)的事故、復(fù)雜情況、難點(diǎn)以及取得的經(jīng)驗(yàn),并對(duì)井身結(jié)構(gòu)、鉆井液體系及性能、水泥漿體系及性能、噴射鉆具結(jié)構(gòu)、出鞋長(zhǎng)度、低壓頭出泥高度、鉆頭使用情況、套管使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,找出作業(yè)的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn);匯總作業(yè)工期,進(jìn)行各階段的時(shí)效分析。分析隨鉆測(cè)量、取心、測(cè)試等資料以及測(cè)試過(guò)程存在的問(wèn)題,了解地層存在的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)井資料綜合分析的目的是通過(guò)分析已實(shí)施鄰井作業(yè)過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)、事故、復(fù)雜情況,找出關(guān)鍵問(wèn)題,提出解決問(wèn)題的方法,為后續(xù)鉆井設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

2.3 計(jì)劃井地質(zhì)資料分析

分析地質(zhì)部門提供的計(jì)劃井地質(zhì)資料,明確地質(zhì)要求,與鄰井資料相結(jié)合,整理出計(jì)劃井在地質(zhì)方面的風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn),并結(jié)合所收集資料的分析結(jié)果,制定針對(duì)性的防范措施和應(yīng)對(duì)方法,使鉆井方案滿足計(jì)劃井的地質(zhì)目的。具體內(nèi)容為:分析地質(zhì)分層(標(biāo)明層系名稱、頂?shù)状股?、巖性描述),構(gòu)造特征、儲(chǔ)層特征、流體特征,預(yù)測(cè)的最高地層壓力和溫度以及地層壓力溫度隨井深的變化關(guān)系,斷層分布及特點(diǎn),容易導(dǎo)致發(fā)生井下事故和復(fù)雜情況的風(fēng)險(xiǎn)提示等;同時(shí),對(duì)井場(chǎng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析,評(píng)估井位處滑坡、淺層氣、淺層流、水合物、斷層、古河道等淺層災(zāi)害,并對(duì)噴射可行性進(jìn)行分析。

2.4 鉆前研究

在之前所做工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)行以下7個(gè)方面的鉆前研究工作,通過(guò)聯(lián)合專業(yè)服務(wù)單位和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行專題立項(xiàng)研究,為鉆井設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1)淺層地質(zhì)災(zāi)害分析。根據(jù)井場(chǎng)調(diào)查和資料分析結(jié)果,結(jié)合待鉆井情況,提出淺層地質(zhì)災(zāi)害研究和分析的需求及應(yīng)對(duì)措施。

2)海洋環(huán)境調(diào)查和研究。開展海洋環(huán)境調(diào)查和研究,為鉆井平臺(tái)選型、定位、隔水管分析和鉆井作業(yè)等設(shè)計(jì)工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)地層壓力預(yù)測(cè)。根據(jù)地質(zhì)部門提供的地震資料與鄰井實(shí)施情況,預(yù)測(cè)地層壓力,包括地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力和上覆巖層壓力等,并結(jié)合鄰井鉆井液使用情況,推薦各井段鉆井液密度。

4)井壁穩(wěn)定性分析。根據(jù)地質(zhì)部門所提供的地震資料與鄰井地質(zhì)及測(cè)井資料,進(jìn)行地應(yīng)力和井壁失穩(wěn)分析研究,預(yù)測(cè)井周應(yīng)力分布,推薦在使用油基鉆井液和抑制性水基鉆井液等不同鉆井液體系時(shí)的合理鉆井液密度。

5)導(dǎo)管入泥深度和井口穩(wěn)定性分析。根據(jù)鄰井資料和土工試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行導(dǎo)管設(shè)計(jì),確定導(dǎo)管尺寸、入泥深度、鉆具伸出管鞋長(zhǎng)度等,然后根據(jù)隔水管-導(dǎo)管系統(tǒng)受力分析結(jié)果,進(jìn)行井口穩(wěn)定性分析,確定導(dǎo)管鋼級(jí)、壁厚和出泥高度并進(jìn)行井口的選型。

6)隔水管配置設(shè)計(jì)與作業(yè)窗口研究。根據(jù)海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)和鉆井平臺(tái)隔水管系統(tǒng)參數(shù),進(jìn)行隔水管排列的合理設(shè)計(jì),形成下放列表,確定所需的張緊力、鉆井作業(yè)窗口、下放/回收作業(yè)窗口、懸掛作業(yè)窗口(動(dòng)力定位平臺(tái)還需要進(jìn)行避臺(tái)撤離分析等),為隔水管柱的安全作業(yè)提供保障。

7)鉆井平臺(tái)就位分析。對(duì)于錨泊定位的鉆井裝置,須進(jìn)行錨泊系統(tǒng)和拋錨作業(yè)分析,形成初步拋錨設(shè)計(jì);對(duì)于動(dòng)力定位的鉆井裝置,應(yīng)根據(jù)氣象、水文資料、鉆井液密度、隔水管及防噴器情況、補(bǔ)償器能力進(jìn)行隔水管分析(錨泊定位作業(yè)同樣需要進(jìn)行隔水管校核),確定安全作業(yè)條件,校核平臺(tái)的作業(yè)能力。

2.5 鉆井裝置選擇合理性及能力評(píng)估

鉆井裝置選擇合理性及能力評(píng)估的目的是確保鉆井裝置在計(jì)劃井位的作業(yè)安全。一方面,要查驗(yàn)鉆井裝置和主要屬具的各類合格證書、作業(yè)許可證、管理制度、原始記錄資料及其承包商的資質(zhì)證書;查驗(yàn)鉆井裝置近1年或近5口井的設(shè)備故障、改造記錄,檢驗(yàn)鉆井裝置及主要屬具。另一方面,要對(duì)鉆井裝置選擇報(bào)告中有關(guān)鉆井裝置選擇依據(jù)、鉆井裝置能力評(píng)估的內(nèi)容進(jìn)行分析,重點(diǎn)包括:定位方式分析,重點(diǎn)結(jié)合井及環(huán)境條件確定是錨泊定位還是動(dòng)力定位;鉆井能力分析,包括提升能力以及循環(huán)系統(tǒng)、固控系統(tǒng)、鉆柱補(bǔ)償系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、救生能力和平臺(tái)最大可接納人員能力分析;井控裝置分析,根據(jù)計(jì)劃實(shí)施井壓力預(yù)測(cè)、水深、鉆具、井場(chǎng)調(diào)查結(jié)果,評(píng)估其壓力等級(jí)、剪切和懸掛能力、水合物預(yù)防能力以及應(yīng)急關(guān)斷和應(yīng)急解脫能力。

2.6 井身結(jié)構(gòu)及套管設(shè)計(jì)

深水鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地層壓力預(yù)測(cè)研究結(jié)果、地質(zhì)必封點(diǎn)情況和鉆井液密度窗口,結(jié)合孔隙壓力、井眼穩(wěn)定性、可能的淺層災(zāi)害和鄰井實(shí)鉆情況,并考慮易坍塌層、易漏層、特殊流體層、特殊巖性層、井眼軌跡要求等因素,在保證“壓而不死,活而不噴”的前提下,設(shè)計(jì)各層套管的下入深度和尺寸。探井常采用“自上而下”井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,生產(chǎn)井常采用“自下而上”的方法。典型的深水井套管程序見(jiàn)表1。

表1 典型的深水井套管程序

然后根據(jù)井口系統(tǒng)、平臺(tái)設(shè)備能力及地質(zhì)油藏要求,確定井眼尺寸。對(duì)于探井,除考慮預(yù)留一層備用套管及備用井眼外,還應(yīng)考慮套管與地層之間、套管與套管之間密閉環(huán)空壓力在溫度變化情況下對(duì)套管完整性的影響。此外,表層導(dǎo)管應(yīng)根據(jù)井口穩(wěn)定性校核結(jié)果確定。

2.7 鉆井相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)

在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合專題研究結(jié)果、鄰井資料和計(jì)劃井地質(zhì)資料,通過(guò)與各專業(yè)服務(wù)商合作的方式,開展包括定向井、鉆頭及鉆具組合設(shè)計(jì)、鉆井液設(shè)計(jì)、固井設(shè)計(jì)、水力參數(shù)設(shè)計(jì)、摩阻扭矩分析、井控設(shè)計(jì)、取心設(shè)計(jì)和棄井設(shè)計(jì)等。根據(jù)鉆井作業(yè)程序以及鄰井作業(yè)時(shí)效和鉆井裝置歷史作業(yè)效率編制進(jìn)度計(jì)劃,匯總所有專業(yè)設(shè)計(jì),整理出使用材料計(jì)劃,并考慮應(yīng)備用材料。

2.8 作業(yè)程序、進(jìn)度計(jì)劃及費(fèi)用評(píng)估

根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)、井身結(jié)構(gòu)、平臺(tái)情況,從動(dòng)員開始到復(fù)員,分井段編寫各作業(yè)程序,并測(cè)算出全井每一道工序的施工時(shí)間,包括動(dòng)復(fù)員時(shí)間,最后做出全井進(jìn)度計(jì)劃,并制定鉆井工程進(jìn)度計(jì)劃表和繪制鉆井工程進(jìn)度計(jì)劃曲線圖。依據(jù)鉆井設(shè)計(jì)、承包商服務(wù)、設(shè)備及工具費(fèi)率、所需材料數(shù)量和價(jià)格等,按照相關(guān)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)算格式的規(guī)定,編制鉆井費(fèi)用。

2.9 風(fēng)險(xiǎn)分析和處置預(yù)案準(zhǔn)備

根據(jù)前期鄰井資料分析以及計(jì)劃井的具體情況,進(jìn)行作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析。針對(duì)各階段作業(yè)內(nèi)容,辨識(shí)出存在的風(fēng)險(xiǎn),找出可能的原因;按照風(fēng)險(xiǎn)分析方法,推測(cè)出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的幾率和危害程度,制定降低風(fēng)險(xiǎn)的具體措施,并分析制定措施后的風(fēng)險(xiǎn)影響等級(jí)(風(fēng)險(xiǎn)影響等級(jí)分類見(jiàn)表2)。對(duì)于仍處于高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè),應(yīng)制定具體、詳細(xì)、操作性強(qiáng)的防范措施;對(duì)于重大風(fēng)險(xiǎn),如溢油、臺(tái)風(fēng)等,須制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

表2 風(fēng)險(xiǎn)影響等級(jí)分類

根據(jù)上述工作內(nèi)容,深水鉆井設(shè)計(jì)階段分別為概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì),各個(gè)設(shè)計(jì)階段需要完成的內(nèi)容見(jiàn)表3。

表3 深水鉆井設(shè)計(jì)階段劃分及內(nèi)容要求

3 南海自營(yíng)深水井鉆井設(shè)計(jì)實(shí)例與效果

以“海洋石油981”在我國(guó)南海實(shí)施鉆探作業(yè)的第1口自營(yíng)深水井為例,詳細(xì)分析深水井鉆井設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1)鉆前資料收集。收集了Husky、Deven公司在南海已實(shí)施33口深水井的相關(guān)資料,主要是荔灣和流花區(qū)塊的鉆井資料,重點(diǎn)是鉆井工程設(shè)計(jì)、鉆井日?qǐng)?bào)、鉆井液日?qǐng)?bào)、相關(guān)專業(yè)完井報(bào)告、電測(cè)資料、取心資料等。

2)鄰井資料分析。自2006年起,Husky、Deven公司在南海深水區(qū)域共作業(yè)33口井,發(fā)生深水井復(fù)雜情況共計(jì)56次(表4),分析發(fā)現(xiàn)對(duì)南海深水作業(yè)影響較大的主要問(wèn)題是BOP故障、井漏等。

表4 南海已實(shí)施深水井事故統(tǒng)計(jì)

3)地質(zhì)資料分析。根據(jù)地質(zhì)資料,該井水深達(dá)1 496 m,對(duì)平臺(tái)及隔水管系統(tǒng)要求高;較長(zhǎng)的無(wú)隔水管井段對(duì)送入管柱要求高;泥線處溫度僅4℃,水泥漿性能要求適應(yīng)低溫環(huán)境,水泥石起強(qiáng)度時(shí)間要求短,鉆井液在低溫環(huán)境下要求流變性變化小;油頂埋深淺,入泥深度僅570 m,給套管下入深度設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。

4)鉆前研究,即根據(jù)計(jì)劃井實(shí)施情況進(jìn)行相關(guān)研究。淺層地質(zhì)災(zāi)害研究表明,該井海底以下約132.0～170.4 m及486.4～529.7 m將鉆遇透鏡狀沉積體,存在淺層水流和氣流的風(fēng)險(xiǎn)較小;海洋環(huán)境調(diào)查和研究表明,計(jì)劃井所在區(qū)域存在流速超過(guò)2 m/s的內(nèi)波流,臺(tái)風(fēng)將對(duì)作業(yè)安全、連續(xù)性、后勤供應(yīng)產(chǎn)生較大影響;地層壓力預(yù)測(cè)和井壁穩(wěn)定性研究結(jié)果表明,計(jì)劃井地層為正常壓力體系,地層破裂壓力低,作業(yè)窗口窄,φ445 mm井段作業(yè)壓力窗口僅為0.06 g/cm3, φ311 mm井段作業(yè)壓力窗口僅為0.08 g/cm3;導(dǎo)管入泥深度和井口穩(wěn)定性研究表明,計(jì)劃井設(shè)計(jì)表層導(dǎo)管為φ944 mm,入泥深度為78 m,選用Dril Quip生產(chǎn)的SS-15型井口系統(tǒng);此外,還對(duì)計(jì)劃井進(jìn)行了相關(guān)的隔水管排列鉆前設(shè)計(jì)和校核,推薦了隔水管排列方案和張緊力。

5)鉆井裝置選擇合理性及能力評(píng)估。“海洋石油981”的作業(yè)水深可達(dá)3 000 m,作業(yè)井深可達(dá)10 000 m,配置有105 MPa防噴器組。結(jié)合計(jì)劃井的井深、可能達(dá)到的大鉤負(fù)荷、地層壓力、作業(yè)區(qū)域環(huán)境等因素對(duì)鉆井裝置選擇合理性及能力進(jìn)行了全面的評(píng)估,其結(jié)果是該平臺(tái)完全具備鉆該計(jì)劃井的作業(yè)能力。

6)井身結(jié)構(gòu)及套管設(shè)計(jì)?；诘貙訅毫︻A(yù)測(cè)研究結(jié)果,考慮了孔隙壓力、井眼穩(wěn)定性和可能的淺層災(zāi)害、油層埋淺等影響。該井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果為:導(dǎo)管1 607 m,入泥78 m,支撐井口和隔水管載荷;表層套管1 990 m,無(wú)隔水管鉆進(jìn),入泥461 m,下至扇形沉積體前,將上部松散地層封住,且將套管鞋座入泥巖內(nèi);技術(shù)套管2 090 m,入泥561 m,下入到顯示層之前,提高管鞋處的地層承壓強(qiáng)度,同時(shí)有2層套管固井降低油氣沿套管鞋外上竄到海床的可能性;φ311 mm井眼鉆至完鉆井深2 371 m,預(yù)留φ244.5 mm套管備用,應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜情況。

7)各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)和參考國(guó)外深水鉆井設(shè)計(jì)方法以及Husky、Deven公司在南海深水區(qū)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)計(jì)劃井海洋環(huán)境、工程地質(zhì)條件和平臺(tái)設(shè)備作業(yè)能力的深入分析,開展了各相關(guān)專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì),最終采用了Ultraldrill鉆井液體系和LITE SET水泥漿體系,選擇了φ168 mm鉆桿作為送入管柱,采用了φ660 mm XR+C、φ445 mm STS916及φ311 mm ST617鉆頭。

8)風(fēng)險(xiǎn)分析和處置預(yù)案準(zhǔn)備。計(jì)劃井鉆井設(shè)計(jì)中全面考慮了內(nèi)波流、淺層地質(zhì)災(zāi)害、新平臺(tái)工具設(shè)備的完整性和可靠性、導(dǎo)管噴射下沉和下入不到位、井噴、井漏、井壁失穩(wěn)和水合物等風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)原因及可能造成的后果,并制定了預(yù)防、控制和處理措施。

2012年6月15日,“海洋石油981”在南海實(shí)施的第1口自營(yíng)深水井鉆探作業(yè)順利完成,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)目的,井身質(zhì)量、固井質(zhì)量、測(cè)井質(zhì)量均滿足相關(guān)要求,作業(yè)時(shí)效達(dá)到了86%,充分證明了本文提出的深水鉆井設(shè)計(jì)方法的可行性。目前該技術(shù)流程與工作方法已推廣應(yīng)用在我國(guó)“海洋石油981”和“南海8號(hào)”鉆井平臺(tái)數(shù)十口自營(yíng)深水鉆井設(shè)計(jì)和海外剛果深水鉆井設(shè)計(jì)實(shí)踐中,均取得了良好的應(yīng)用效果。

[1] 朱偉林,米立軍,鐘鍇,等.油氣并舉再攀高峰:中國(guó)近海2010年勘探回顧及“十五”勘探展望[J].中國(guó)海上油氣,2011,23(1):1-6.

[2] 朱偉林,張功成,鐘鍇,等.中國(guó)南海油氣資源前景[J].中國(guó)工程科學(xué),2010,12(5):46-50.

[3] 朱偉林.中國(guó)近海油氣勘探進(jìn)展[J].中國(guó)工程科學(xué),2010,12(5): 18-24.

[4] 朱偉林,米立軍,高陽(yáng)東,等.大油氣田發(fā)現(xiàn)推動(dòng)中國(guó)海域油氣勘探邁向新高峰:2012年中國(guó)海域勘探工作回顧[J].中國(guó)海上油氣,2013,25(1):6-12.

[5] 海洋鉆井手冊(cè)編寫組.海洋鉆井手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2011:593-629.

[6] 深水鉆井規(guī)程與指南編寫組.深水鉆井規(guī)程與指南[M].北京:中國(guó)海洋石油總公司,2011:95-103.

[7] 楊進(jìn),曹式敬.深水石油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油鉆采工藝,2008,30(2):10-13.

[8] 唐海雄,羅俊豐,葉吉華,等.南中國(guó)海超深水噴射鉆井導(dǎo)管入泥深度設(shè)計(jì)方法[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2011,39(2):50-55.

[9] 唐海雄,羅俊豐,葉吉華.等.超深水鉆井簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)安全性分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2010,32(6):162-165.

[10] 殷志明,周建良,蔣世全.深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)策略[C]∥第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第13會(huì)場(chǎng)-海洋工程裝備發(fā)展論壇論文集,2011.

[11] 王友華,王文海,蔣興迅.南中國(guó)海深水鉆井作業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)策[J].石油鉆探技術(shù),2011,39(2):50-55.

[12] 葉志,樊洪海,張國(guó)斌,等.深水鉆井地質(zhì)災(zāi)害淺層水流問(wèn)題研究[J].石油鉆探技術(shù),2010,38(6):48-52.

[13] OSTERMEIER R M,PELLETIER J H,WINKER C D,et al. Dealing with shallow-water flow in the deepwater Gulf of Mexico[J].The Leading Edge,2002,21(7):660-668.

[14] NASRIFAR K,MOSH FEGHIAN M.Amodel for prediction of gas hydrate formation conditions in aqueous solutions containing electrolytes and/or alcohol[J].The Journal of Chemical Thermodynamics,2001,33(9):999-1014.

Technical process and working method of deep water well drilling design

Ye Jihua Liu Zhengli Luo Junfeng
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067)

Deep water well drilling design is confronted with the severe challenges of harsh marine environment,narrow pressure window,shallow geo-hazard,high operating costs,high pressure and low temperature condition at deepwater seabed,etc.Based on the domestic shallow water well drilling design and international deepwater well drilling design&operating experience,the technical process and working method were studied and proposed for deep water well drilling design.The technical process and working method were applied to the first self-financed deep water well drilled with“H YSY 981”rig in the South China Sea,the result showed that the drilling operation efficiency was up to 86%.So far,the technical process and working method have been applied in the drilling design for dozens of self-financed deep water wells drilled with“H YSY 981”and“NH8”rigs and for deepwater wells drilled in Congo,and achieved excellent effects. It can provide reference for the similar deep water well drilling design.

deep water;drilling design;technical process;working method;“HYSY 981”rig;the South China Sea

2013-11-21改回日期:2014-03-07

(編輯:孫豐成)

*國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究(編號(hào):2011ZX05026-001-04-20120523)”部分研究成果。

葉吉華,男,工程師,2000年畢業(yè)于原西安石油學(xué)院石油工程專業(yè),主要從事深水及超深水井鉆井工程設(shè)計(jì)和鉆探工作。E-mail:yejh@cnooc.com.cn。