試論深水低溫固井技術(shù)的應(yīng)用

溫光全（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東 深圳 518000）

隨著社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)加劇與對(duì)石油開(kāi)采需求的不斷擴(kuò)大，我國(guó)大部分油田經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，已經(jīng)進(jìn)入了開(kāi)采的中后階段，逐步呈現(xiàn)出后繼乏力的頹勢(shì)，這些問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p害了石油的生產(chǎn)和油田企業(yè)的進(jìn)步。近幾年來(lái)在全球的油氣資源開(kāi)發(fā)中，深水油氣資源采集量在總量中占比不斷增大，是接替未來(lái)全球石油戰(zhàn)略的重要趨勢(shì)。海洋深水區(qū)域的環(huán)境條件復(fù)雜，深水低溫一直是困擾深水固井工程的重點(diǎn)問(wèn)題，為了順應(yīng)現(xiàn)代深水石油開(kāi)采的趨勢(shì)，加強(qiáng)深水低溫固井技術(shù)的探討，解決這一難點(diǎn)問(wèn)題勢(shì)在必行。

1 深水低溫固井技術(shù)的重要性

500m～1500m 的海域被稱(chēng)為海洋深水，超過(guò)1500m 的海域被稱(chēng)為超深水。深水固井面臨著極為復(fù)雜的深水環(huán)境和淺部地層情況，這也意味著深水固井工程開(kāi)展的難度極大。海水深水中溫度的變化趨勢(shì)是，溫度自海平面起，隨著深度的增加而降低，至海底溫度接近零度，到達(dá)地層以后，溫度又逐漸升高。在深水低溫環(huán)境下形成的近海底地層的淺水區(qū)域，在地質(zhì)沉積過(guò)程中形成的圈閉的高壓鹽水、氣等流體，在進(jìn)行深水表層的套管固井的過(guò)程中，極易遭遇由于快速沉降而導(dǎo)致的地層壓實(shí)作用不平衡或上覆巖石厚度不同而形成高壓砂層，如果這個(gè)階段水泥膠凝狀態(tài)沒(méi)有達(dá)到一定的強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)的流體。在鉆井時(shí)若不慎揭開(kāi)這些流體的地層，一旦控制不當(dāng)，就極易造成井噴等復(fù)雜狀況。在此過(guò)程中，若深水中的流體在水泥尚未達(dá)到膠凝狀態(tài)的情況下竄入水泥漿中，會(huì)嚴(yán)重影響水泥漿的膠結(jié)，導(dǎo)致固井作業(yè)的失敗。這就要求深入研究深水低溫固井技術(shù)，突破深水低溫環(huán)境對(duì)于深水石油開(kāi)采帶來(lái)的局限，優(yōu)化深水固井工程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)深水固井質(zhì)量，提高深水石油開(kāi)采進(jìn)度。

2 深水低溫固井技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)

2.1 深水低溫固井水泥漿體系方案

固井的過(guò)程中，水泥漿的選擇十分重要。由于深水中環(huán)境復(fù)雜在進(jìn)行水泥漿體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要面對(duì)許多的變量參數(shù)，水泥漿的比例及敏感程度難以確認(rèn)。通常情況下，固井中采用的水泥漿的膠凝強(qiáng)度隨著水泥漿密度及溫度的升高而加快，但是海底長(zhǎng)期的低溫狀態(tài)與破裂壓力的梯度，使水泥漿水化的溫度及密度都大打折扣，會(huì)長(zhǎng)期使水泥漿處在膠凝失重的狀態(tài)，不利于水泥漿流變性、抗壓強(qiáng)度和膠凝強(qiáng)度的發(fā)展。水泥漿強(qiáng)度的發(fā)展受到影響，在很大程度上會(huì)延長(zhǎng)侯凝時(shí)間，打亂原本的稠化曲線(xiàn)。淺層流、淺層水的氣竄以及其他的復(fù)雜情況，對(duì)水泥漿的稠化也帶來(lái)的不小的挑戰(zhàn)，若無(wú)法克服，甚至?xí)?dǎo)致固井失敗。迫切需要研制出一套需要具備低溫早凝、良好的流變性能的深水水泥漿體系。

2.2 深水低溫固井工程費(fèi)用高

由于深水中長(zhǎng)期處于低溫狀態(tài)，大大延長(zhǎng)了水泥漿達(dá)到凝固狀態(tài)的時(shí)間，也給后勤供應(yīng)帶來(lái)更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；谶@些原因，深水固井作業(yè)費(fèi)用極高，目前已經(jīng)達(dá)到了每天上百萬(wàn)的巨額費(fèi)用，這樣的情況下意味著每時(shí)每刻工程進(jìn)度的延長(zhǎng)，都會(huì)帶來(lái)高額費(fèi)用的流失。例如深水中下套管作業(yè)，在陸地的鉆井工程中，下套管的快慢對(duì)鉆井的費(fèi)用影響較小，不用過(guò)于關(guān)注下套管的速度。但是在海洋深水進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，下套管速度的提高，會(huì)節(jié)省2-3天的鉆井作業(yè)用時(shí)，這對(duì)于每日上百萬(wàn)的高額支出來(lái)說(shuō)，省下來(lái)的是一大筆費(fèi)用?？墒巧钏鳂I(yè)中，由于破裂壓力梯度較低等因素的影響，若下放套管的速度太快，極易出現(xiàn)較高的壓力而導(dǎo)致地層漏失。在海洋深水進(jìn)行固井作業(yè)的過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)減少侯凝時(shí)間等各個(gè)環(huán)節(jié)的突破，在保證質(zhì)量的情況下節(jié)約工程用時(shí)是目前深水低溫固井作業(yè)中值得思考并必須解決的難題。

3 深水低溫固井技術(shù)發(fā)展策略

3.1 深水低溫固井水泥漿體系研究

深水低溫固井技術(shù)是我國(guó)未來(lái)石油工業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，我國(guó)的技術(shù)發(fā)展還存在極大的發(fā)展空間，固井水泥漿的問(wèn)題是現(xiàn)在深水低溫固井工程建設(shè)中重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題。我國(guó)目前應(yīng)用于海洋深水區(qū)域的較為先進(jìn)的水泥漿體系有兩種種類(lèi)，分別是低溫泡沫水泥漿體系和低溫低密度水泥漿體系。低溫泡沫水泥漿體系具有侯凝時(shí)間短、過(guò)渡時(shí)間短的特點(diǎn)，對(duì)于淺層流竄流的發(fā)生有較好的抑制作用，是現(xiàn)在深水材料體系中發(fā)展較迅速的一種材料。然而這種材料在應(yīng)用上大大增加了施工工藝的難度，還需在施工工藝上著手，重點(diǎn)研究使得低溫泡沫水泥漿能夠更好地發(fā)揮其功效，提高深水固井的質(zhì)量。低溫低密度水泥漿能夠極好的適應(yīng)海底低溫、氣竄、松軟地層，緩解高壓力下漏失、環(huán)空間隙小等問(wèn)題。在這兩種材料有效應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)適用于低溫、無(wú)緩凝副作用的降失水劑及分散劑、防止淺層竄流的外加劑之類(lèi)材料的深入研究，不斷加強(qiáng)和優(yōu)化水泥漿的密度、抗壓、膠凝等性能，相關(guān)的技術(shù)部門(mén)投入更多的人力物力，不斷完善我國(guó)深水低溫固井材料體系的研究。

3.2 實(shí)現(xiàn)深水低溫固井智能化

信息化時(shí)代背景下，石油開(kāi)發(fā)與勘探過(guò)程也逐漸信息化、智能化。一方面，通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)化的海洋深水固井設(shè)計(jì)的軟件，能夠更加精確的對(duì)水泥漿泵注過(guò)程中的地層承壓情況、水泥漿溫度變化的情況進(jìn)行模擬，綜合考察整體的海底環(huán)境狀況，精確地掌握油井包括整體的溫度、密度、淺流層流竄狀況等各方面的信息，通過(guò)對(duì)多方面變量參數(shù)的科學(xué)分析，對(duì)可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行模擬，增強(qiáng)深水低溫固井設(shè)計(jì)方案的精確度。另一方面，深水低溫環(huán)境下，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的人功能監(jiān)測(cè)，通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的深水低溫固井系統(tǒng)，可以對(duì)深水低溫固井工程進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程遙控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)固井工程開(kāi)展過(guò)程中包括水泥漿、機(jī)械設(shè)備等各方面存在的異常，及時(shí)做出對(duì)應(yīng)的補(bǔ)救，降低延誤工期的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)當(dāng)不斷提高我國(guó)海洋深水區(qū)域固井工程的智能化技術(shù)，不斷優(yōu)化深水固井的設(shè)計(jì)方案。

3.3 完善深水低溫固井機(jī)械設(shè)備管理機(jī)制

深水低溫環(huán)境下，固井工程工序內(nèi)容復(fù)雜，技術(shù)含量更高，對(duì)于資金與時(shí)間的消耗都更大。固井工程是一次性的，也就是說(shuō)，在固井施工后沒(méi)能保證質(zhì)量，便難有彌補(bǔ)的機(jī)會(huì)，即使有所補(bǔ)救，通常也需要耗費(fèi)大量的人力物力。固井機(jī)械設(shè)備保持正常狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)是保障固井工程進(jìn)度的重要舉措，因此需要逐步建立完善的深水低溫固井機(jī)械設(shè)備管理機(jī)制。在開(kāi)展固井工程之前，要明確各方責(zé)任，對(duì)需要安裝各種配件及設(shè)備，保障機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備齊全并慎重地審查各個(gè)部位的配件，才能保證固井工程維持的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)。若設(shè)備長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)作，機(jī)械損耗難以避免，會(huì)使工作效率大打折扣，難以達(dá)到理想的狀態(tài)。要不斷加強(qiáng)對(duì)固井機(jī)械設(shè)備的管理和監(jiān)控，隨時(shí)注意監(jiān)測(cè)油田固井機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。要切實(shí)保證在深水固井工作開(kāi)展前對(duì)所需的各個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行排查，確定設(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)的性能足以滿(mǎn)足運(yùn)行工作的條件。工程建設(shè)過(guò)程中，要建立專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定狀況進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)控并保持設(shè)備定期的保養(yǎng)工作，保證能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的異常狀況并作出對(duì)應(yīng)的補(bǔ)救措施，保障深水固井工程建設(shè)過(guò)程中的安全性，最大程度的降低設(shè)備故障問(wèn)題帶來(lái)的成本損耗。

4 結(jié)語(yǔ)

多年來(lái)我國(guó)的深水石油資源開(kāi)采阻力重重，深水低溫是其中的重要阻力，目前我國(guó)針對(duì)深水低溫固井技術(shù)的研發(fā)逐漸邁入了一個(gè)新的發(fā)展階段，在這方面的投入也在不斷加大，并取得了一定的成效，但是從整體的技術(shù)實(shí)力及水平上來(lái)說(shuō)，我國(guó)的海洋石油勘探實(shí)力與國(guó)際上的先進(jìn)水平還存在著較大的差距。我國(guó)還需要在這方面不斷努力，努力借鑒與學(xué)習(xí)并不斷創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)符合我國(guó)深水低溫開(kāi)采的先進(jìn)的石油固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)深水石油勘探及開(kāi)采技術(shù)整體的提高。