中國南海深水優(yōu)快鉆井技術(shù)探索與應(yīng)用

＊?jiǎng)⒈２?陳彬 李彬

（中海石油深海開發(fā)有限公司 廣東 518000）

深水優(yōu)快鉆井技術(shù)是通過集成先進(jìn)、適用的技術(shù)和裝備，優(yōu)化、創(chuàng)新作業(yè)流程，并結(jié)合應(yīng)用新的管理模式而形成的一項(xiàng)系統(tǒng)優(yōu)化配套技術(shù)，旨在大幅提高深水鉆井作業(yè)效率，降低鉆井作業(yè)周期和勘探成本。

1.中國南海深水優(yōu)快鉆進(jìn)面臨的困難與挑戰(zhàn)

深水鉆井相比常規(guī)淺水的作業(yè)環(huán)境、地質(zhì)條件及裝備要求等有較大差異，使得深水優(yōu)快鉆井面臨更多的困難與挑戰(zhàn)，主要分述如下。

（1）深水淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高。①淺層疏松的地層及不穩(wěn)定的海床。海床不穩(wěn)定和大的坡度都促成海底易形成滑坡和泥石流，海床淺層疏松、承壓能力弱，給深水表層鉆井作業(yè)造成較大困難：海床錨系力不足、坡度較大，錨泊定位難度大；表層導(dǎo)管找井眼困難；井口下沉風(fēng)險(xiǎn)高等。②淺層水流、淺層氣。由于表層鉆井液密度受限，且未下隔水管和防噴器組，鉆遇高壓含水砂層或淺層氣時(shí)，控制手段有限，如果不能平衡壓力，就會(huì)引發(fā)一系列的鉆井問題，如井噴、井漏、井眼垮塌、固井質(zhì)量差、表層套管及井口下沉、甚至井眼報(bào)廢。③天然氣水合物。鉆遇天然氣水合物地層時(shí)，水合物分解產(chǎn)生的大量氣體進(jìn)入環(huán)空，使得環(huán)空液柱壓力降低，加速了水合物的分解，最終導(dǎo)致井徑擴(kuò)大、井噴、井塌及井口下沉等事故。另外井筒中或海床處水合物的形成，會(huì)堵塞鉆井液循環(huán)通道，及可能影響防噴器與井口的解脫等。

（2）錨泊定位作業(yè)效率低。深水錨泊定位出鏈長度通常大于1500m，且隨著水深增加，出鏈長度及錨鏈、錨纜尺寸大幅增加，系泊方式大多采用錨鏈+錨纜復(fù)合，主要缺點(diǎn)有：錨泊定位困難、起拋錨作業(yè)耗時(shí)長（起、拋錨作業(yè)需要4～6天）、工作船能力要求高等，導(dǎo)致深水錨泊定位作業(yè)效率較低。

（3）更惡劣的海況。每年7-10月為南海臺(tái)風(fēng)高發(fā)期，統(tǒng)計(jì)顯示影響南海的臺(tái)風(fēng)年平均10次，南海東部自營深水已作業(yè)31口井，避臺(tái)21次，累計(jì)影響104天，平均每口井避臺(tái)0.7次，影響作業(yè)3.5天。內(nèi)波流在南海東部流花和荔灣深水區(qū)較強(qiáng)，強(qiáng)內(nèi)波流的頻繁出現(xiàn)對(duì)深水井作業(yè)影響較大，如2014年錨泊平臺(tái)南海八號(hào)在流花區(qū)域某深水井作業(yè)遭遇強(qiáng)內(nèi)波流，平臺(tái)最大偏移137m。

（4）起下放噴器組及井口作業(yè)時(shí)間長。深水井采用水下井口，井口及防噴器組距鉆臺(tái)轉(zhuǎn)盤面數(shù)千米，相比淺水井，起下防噴器及抗磨補(bǔ)心、密封總成和試壓塞等井口作業(yè)時(shí)間要長數(shù)倍。

（5）地層壓力窗口窄。通常深水井地層承壓能力弱，安全作業(yè)壓力窗口窄，南海大部分深水井作業(yè)安全壓力窗口不超過0.2g/cm3，導(dǎo)致漏失和井控風(fēng)險(xiǎn)高、處理難度大、耗時(shí)長，井身結(jié)構(gòu)相對(duì)更復(fù)雜、套管層次更多、作業(yè)周期更長。

2.深水優(yōu)快鉆井技術(shù)探索

(1)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

①簡化井身結(jié)構(gòu)。在前期南海深水鉆井作業(yè)總結(jié)、地層三壓力系數(shù)研究預(yù)測結(jié)果、深水鉆井工藝進(jìn)步、及深水鉆井配套的泥漿、固井體系成熟的基礎(chǔ)上，大部分淺至中深的常規(guī)深水井井身結(jié)構(gòu)可從四、五開優(yōu)化為三開完鉆，通過盡量延伸二開表層套管下深，封固上部薄弱地層，實(shí)現(xiàn)三開完鉆，大幅縮短鉆井周期。

②井眼尺寸“瘦身”。根據(jù)不同井的實(shí)際情況，部分井眼尺寸可進(jìn)行適當(dāng)“瘦身”，以提高鉆進(jìn)效率，并減少鉆井液、固井材料及套管等物資消耗。如對(duì)于水深在500～1000m的常規(guī)深水井，井深較淺，在進(jìn)行充分的井口穩(wěn)定性評(píng)估校核并滿足要求的情況下，可采用“瘦身”版的井身結(jié)構(gòu)：噴射下入30in導(dǎo)管+16in井眼&13-3/8in套管+12.25in井眼&9-5/8in套管。

(2)優(yōu)選深水動(dòng)力定位鉆井裝置

優(yōu)選高性能的深水動(dòng)力定位鉆井裝置是實(shí)現(xiàn)深水優(yōu)快鉆井，提高作業(yè)效率的關(guān)鍵方法。省去起、拋錨作業(yè)；可變載荷和甲板面積較大，穩(wěn)性好，井間移位時(shí)無需拆、甩井架鉆具和卸載；應(yīng)對(duì)惡劣海況相對(duì)更靈活、機(jī)動(dòng)，如可自航避離臺(tái)風(fēng)，面對(duì)強(qiáng)季風(fēng)天氣或遭遇內(nèi)波流時(shí)，可及時(shí)調(diào)整最佳艏向，大幅降低惡劣海況對(duì)鉆井裝置定位和作業(yè)的影響；自航能力強(qiáng)，井間移位或長距離動(dòng)復(fù)員高效，且無需額外主、副拖船。

(3)表層噴射下導(dǎo)管+繼續(xù)鉆進(jìn)技術(shù)

表層噴射下導(dǎo)管+繼續(xù)鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)省去一開導(dǎo)管固井作業(yè)，解決了導(dǎo)管找井眼困難及表層井眼失穩(wěn)等問題，集鉆井、下導(dǎo)管、固井三位一體同時(shí)完成，而且可以不用起鉆直接進(jìn)行下個(gè)井段的鉆井作業(yè)，大幅提高表層作業(yè)效率。

(4)優(yōu)快鉆進(jìn)配套技術(shù)

①優(yōu)化鉆具組合+引入新工具。上部井段升級(jí)采用大尺寸馬達(dá)鉆進(jìn)，將26in、17.5in或16in井眼鉆進(jìn)使用的9-5/8in馬達(dá)升級(jí)為11-1/4in，以提高鉆進(jìn)效率。直井中、深層鉆進(jìn)采用“垂直導(dǎo)向PV工具+等壁厚直馬達(dá)”技術(shù)，主動(dòng)防斜打直，充分釋放鉆井參數(shù)，顯著提高機(jī)械鉆速。提高上、下井段鉆具組合的通用性，在鉆具組合設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮上、下井段鉆具的通用性，如一、二開噴射鉆具與三開17.5in，甚至四開12.25in鉆具組合可以都采用8in鉆鋌及部分隨鉆工具，以減少各井段鉆具組合的預(yù)接和拆甩。引入隨鉆抗磨補(bǔ)心，它可隨鉆具組合一同下到井口內(nèi)，通過預(yù)裝的銷釘剪切脫手后，繼續(xù)下鉆鉆進(jìn)，起鉆可直接將抗磨補(bǔ)心帶出。引入先進(jìn)的“套管掛+密封總成”可一趟下入的水下井口系統(tǒng)和工具，并采用密封總成或試壓閘板對(duì)防噴器組試壓，大幅減少井口起下鉆作業(yè)。

②優(yōu)化作業(yè)程序。優(yōu)化隔水管試壓頻率。采用75英尺或者更長的隔水管單根以取代50英尺的，減少隔水管下入數(shù)量；延長隔水管試壓間隔，做好下隔水管前的檢查，將每 10～15根隔水管試壓頻率優(yōu)化調(diào)整為“1+1+1”，即防噴器入水前試壓一次，下隔水管至中間試壓一次，連接伸縮節(jié)前試壓一次，大幅減少隔水管邊管試壓次數(shù)。

③深水優(yōu)快鉆井的鉆井液技術(shù)。作為鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，深水鉆井液要解決因深水海床處低溫高壓引起的水合物生成，鉆井液低溫增稠、流變性差，淺層泥頁巖地層易水化導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，及作業(yè)安全密度窗口窄等問題。因此要實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井，深水鉆井液必須具備極強(qiáng)的抑制性、良好的恒流變性、不易形成水合物等性能，以及維護(hù)簡單、操作方便，目前南海深水應(yīng)用比較成熟的兩套鉆井液體系：“恒流變”合成基鉆井液體系和強(qiáng)抑制的HEM聚胺鉆井液體系。

④深水優(yōu)快固井技術(shù)。深水固井要克服低溫下水泥稠化和強(qiáng)度發(fā)展慢、漏失風(fēng)險(xiǎn)大、淺層流及水合物等問題，應(yīng)具備低密度和防漏失性能；低溫早凝早強(qiáng)性能，稠化過渡時(shí)間短；良好的防竄性能；低水化熱，減小對(duì)淺層水合物的影響。目前南海深水固井應(yīng)用比較成熟的有斯倫貝謝DeepCRETE體系、貝克休斯LiteSet體系及中海油服PC-LoLET體系。

⑤離線非鉆機(jī)時(shí)間作業(yè)技術(shù)。充分挖掘深水鉆井平臺(tái)強(qiáng)大的離線作業(yè)能力，大幅縮短鉆前準(zhǔn)備、鉆井輔助和復(fù)員作業(yè)占用井口時(shí)間。

(5)后勤準(zhǔn)備與現(xiàn)場作業(yè)一體化技術(shù)

海上作業(yè)準(zhǔn)備前移至陸地，后勤支持服務(wù)不局限于物資準(zhǔn)備和裝船，通過工具改進(jìn)、工序調(diào)整等，將大量工具預(yù)接等工作前移至陸地后勤基地，能在陸地進(jìn)行的絕不帶到海上進(jìn)行，推行“兩棲化”作業(yè)，縮短海上作業(yè)周期。如井口與送入工具、定向隨鉆工具、水泥頭、棄井切割工具預(yù)接、及抗磨補(bǔ)心預(yù)裝等都可以在基地完成。

(6)集中布井、優(yōu)選作業(yè)窗口

①集中布井、優(yōu)化作業(yè)順序，采用區(qū)域鉆探，以整體井位間移位距離最短為優(yōu)化井位作業(yè)順序?yàn)樵瓌t，避免長距離拖航和頻繁動(dòng)復(fù)員，減少井位間移位距離。②優(yōu)選深水井作業(yè)窗口。深水避臺(tái)臨時(shí)撤離和復(fù)員耗時(shí)更長，要起、下數(shù)千米的隔水管，且深水井位距后勤基地遠(yuǎn)，盡量避免7-10月在南海進(jìn)行深水鉆井作業(yè)。

3.深水優(yōu)快鉆井技術(shù)應(yīng)用效果

南海東部自營深水探井作業(yè)從2012年開始至今已完成作業(yè)31口深水井，優(yōu)快鉆井技術(shù)從開始探索，到目前推廣應(yīng)用到所有深水探井作業(yè)中，從2012年深水探井作業(yè)2500m當(dāng)量平均鉆井周期為27.59天，逐步下降至2020年常規(guī)深水井2500m當(dāng)量平均鉆井周期為11.82天（不含高溫高壓井），2500m當(dāng)量鉆井周期縮短57%，提效顯著。

4.結(jié)論與建議

（1）不斷優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是深水井優(yōu)快鉆井的前提，從工藝上大幅簡化深水鉆井施工難度，減少作業(yè)量。（2）深水鉆井相比淺水鉆井面臨更多的淺層地質(zhì)災(zāi)害，良好的深水鉆井液和水泥漿性能是保證深水井優(yōu)快作業(yè)的關(guān)鍵。（3）優(yōu)選高端深水動(dòng)力定位鉆井裝置是在南海深水區(qū)惡劣海況下進(jìn)行深水安全及優(yōu)快鉆井作業(yè)的保障。（4）深水優(yōu)快鉆井應(yīng)打破常規(guī)井作業(yè)模式和思維，不斷引入先進(jìn)、合適的工具，優(yōu)化、創(chuàng)新作業(yè)程序，通過工具和技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)深水優(yōu)快鉆井技術(shù)的發(fā)展。（5）南海深水鉆井作業(yè)建議盡量避開每年的7-10月份的臺(tái)風(fēng)高發(fā)期，以降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減小因臺(tái)風(fēng)影響的非生產(chǎn)時(shí)間。