渤海邊際油田延長測試新模式設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張金煌，張興華，陳光峰，周道禧

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津 300452）

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心（天津 300452）

0 引言

渤海灣盆地受古地殼運(yùn)動(dòng)影響，導(dǎo)致斷層大量發(fā)育，形成了非常多而碎的含油氣構(gòu)造[1-2]。這些構(gòu)造中成藏規(guī)模小、地質(zhì)條件復(fù)雜的小型油氣藏占比很大，這類地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地處邊遠(yuǎn)難以獲得經(jīng)濟(jì)有效開采的小型油氣田通常被稱為“邊際油田”[3-4]。渤海邊際油田大小區(qū)塊合計(jì)100多個(gè)，總體儲(chǔ)量龐大，具有構(gòu)造破碎、斷裂發(fā)育、油藏復(fù)雜等地質(zhì)油藏特點(diǎn)，開發(fā)不確定性較大，不適合過高的投資[5-6]。對于邊際油田的開發(fā)方式通常是：①距離已開發(fā)油田較近的，建設(shè)簡易井口無人平臺(tái)通過海管連接至已開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)開采；②較多個(gè)邊際油田地理位置較近的，可以綜合考慮開發(fā)方案，統(tǒng)籌成本，采用總體開發(fā)+先期試采有機(jī)結(jié)合的滾動(dòng)評價(jià)開發(fā)思路，制定整體部署成片開發(fā)；③對于上述兩種情況以外的，通常采用延長測試或試采的方式進(jìn)行“蜜蜂式”采油，同時(shí)兼顧勘探開發(fā)一體化的目的[7-9]。

延長測試可以獲得DST 測試由于時(shí)長或其他條件限制難以取得的地質(zhì)油藏資料，對充分認(rèn)識(shí)這類邊際油田具有非常重要的意義[10]。前人對邊際油田延長測試的作業(yè)模式進(jìn)行了一系列的探索和實(shí)踐，吳思[11]提出了鉆井平臺(tái)+兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)+儲(chǔ)油輪的作業(yè)模式，在鉆井平臺(tái)上安裝工藝處理設(shè)施，對井內(nèi)液體初步脫氣，通過漂浮軟管外輸至儲(chǔ)油輪進(jìn)行運(yùn)輸；俞學(xué)禮[12]在論文中提到了井口小平臺(tái)+兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)+儲(chǔ)油輪的作業(yè)模式，這種模式需要安裝井口無人平臺(tái)；陳光峰[13]等提出了試采平臺(tái)+“單錨雙纜”系泊系統(tǒng)+儲(chǔ)油輪的作業(yè)模式，試采平臺(tái)具備簡單的油氣分離系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)和油氣處理系統(tǒng)，“單錨雙纜”系泊系統(tǒng)利用大抓力錨配合兩條系泊纜繩進(jìn)行油輪系泊，較兩點(diǎn)系泊系統(tǒng)更加可靠，抗風(fēng)能力有所提升；劉境玄[14]在詳細(xì)分析了大抓力錨的系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及在系泊系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

在該項(xiàng)目中，首次提出了使用“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”的新作業(yè)模式，該模式相對于其他作業(yè)模式，依托于環(huán)保船將原油轉(zhuǎn)運(yùn)至作業(yè)點(diǎn)附件的生產(chǎn)平臺(tái)，靈活快捷，無需搭建海底管道，或者使用借助復(fù)雜系泊系統(tǒng)的中大型儲(chǔ)油輪。同時(shí)，生產(chǎn)流程只需對常規(guī)DST 測試生產(chǎn)流程做簡單的改變。這種模式作業(yè)成本更低，且解決了渤海試采平臺(tái)數(shù)量較少，資源緊張的難題。該作業(yè)模式適用于地處水域較淺海況較好的邊際油田。

1 A油藏概況

A油藏位于渤海西部海域，隨著勘探的深入發(fā)掘該區(qū)塊古生界潛山地層有了新發(fā)現(xiàn)，但成藏規(guī)模小、構(gòu)造復(fù)雜，屬于海上典型的邊際油田。在構(gòu)造內(nèi)部署的一口勘探評價(jià)井DST測試獲得日產(chǎn)1 173 m3的原油產(chǎn)量，壓降僅1.5%。

A 油藏構(gòu)造范圍內(nèi)平均水深約13 m，屬于距離陸地較近的淺水區(qū)域，在風(fēng)速達(dá)到7級時(shí)，涌浪最大高度1.5～2.0 m，對原油外輸作業(yè)較為有利。A油藏原油性質(zhì)見表1。

表1 A油藏原油性質(zhì)參數(shù)表

但由于常規(guī)DST 測試生產(chǎn)時(shí)間較短，探測半徑較小，且潛山非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫發(fā)育特征復(fù)雜，從地質(zhì)資料分析存在有底水的可能，所以還需進(jìn)行延長測試，進(jìn)一步獲取動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，摸清油藏地質(zhì)特征[15-16]，具體如下：

1）落實(shí)潛山裂縫發(fā)育程度、出水特征、水體大小。①潛山儲(chǔ)集空間發(fā)育特征復(fù)雜，不同工作制度下，出水特征存在差異；②跟蹤累產(chǎn)油量與地層壓力變化關(guān)系判斷水體大??；③根據(jù)延長測試產(chǎn)能落實(shí)裂縫發(fā)育程度；④跟蹤含水變化規(guī)律，深化潛山開發(fā)出水特征認(rèn)識(shí)。

2）評價(jià)儲(chǔ)層分布，進(jìn)一步落實(shí)儲(chǔ)量規(guī)模和單井可動(dòng)用儲(chǔ)量。①DST 測試期間累產(chǎn)油299.62 m3造成0.096 MPa 的地層壓力降，結(jié)合延長測試，進(jìn)一步評價(jià)儲(chǔ)量規(guī)模；②應(yīng)用壓力恢復(fù)測試（探邊測試），識(shí)別儲(chǔ)層邊界；③累產(chǎn)油量與地層壓力變化關(guān)系計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

3）評價(jià)產(chǎn)能，進(jìn)一步落實(shí)裂縫性潛山油藏產(chǎn)量遞減特征。

受裂縫、基質(zhì)供液的綜合影響，裂縫性潛山油藏產(chǎn)能初期遞減顯著，結(jié)合延長測試，落實(shí)遞減規(guī)律，為油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 延長測試作業(yè)模式選擇

在進(jìn)行延長測試作業(yè)模式選擇的過程中，在作業(yè)可行性與作業(yè)安全的基礎(chǔ)上，主要考慮作業(yè)成本。A 油藏構(gòu)造內(nèi)評價(jià)井DST 測試獲得超高產(chǎn)能，在評價(jià)井的基礎(chǔ)上，直接下入完井管柱，安裝采油樹，直接轉(zhuǎn)入延長測試，節(jié)約作業(yè)成本。

為了控制成本，在項(xiàng)目準(zhǔn)備階段，創(chuàng)新性提出了“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”的新模式。作業(yè)支持平臺(tái)日費(fèi)較試采平臺(tái)更低，具備鉆井大鉤、吊機(jī)、泥漿池、作業(yè)甲板等基本設(shè)施，滿足延長測試生產(chǎn)流程的擺放和安裝。待采油樹安裝完成后，撤走鉆井平臺(tái)，精就位作業(yè)支持平臺(tái)，進(jìn)而安裝連接延長測試生產(chǎn)流程。

采用環(huán)保船回收轉(zhuǎn)運(yùn)原油，雖環(huán)保船容量和抗風(fēng)浪能力較儲(chǔ)油輪差，但因作業(yè)區(qū)靠近陸地，水深較淺，同樣也能夠滿足作業(yè)條件，并不會(huì)因氣象原因造成被迫關(guān)井時(shí)間的延長。同時(shí)，作業(yè)區(qū)距離接收原油的生產(chǎn)平臺(tái)僅42.6 km（23海里），環(huán)保船往返一趟只需4 h 左右，只需對生產(chǎn)平臺(tái)流程做簡單的適應(yīng)性改造即可。對于兩種原油運(yùn)輸工具靠泊的方式，環(huán)保船靠泊與正常的值班船靠泊流程相同，只需拋下船上自帶的船錨，船尾帶纜后連接外輸軟管，方便快捷、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)；而對于儲(chǔ)油輪靠泊目前采用的“單錨雙纜”系泊系統(tǒng)，靠泊時(shí)需要一條輔助拖輪運(yùn)送3 條纜繩，同時(shí)還需要另外一條全回轉(zhuǎn)拖輪與儲(chǔ)油輪并靠動(dòng)力輔助靠泊，流程繁瑣，耗時(shí)較長，風(fēng)險(xiǎn)更大[17]。

綜合對比兩種作業(yè)模式（表2），針對該井作業(yè)情況，選用“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”新模式。

表2 兩種延長測試作業(yè)模式情況對比

3 “作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”新模式設(shè)計(jì)

在“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”新模式構(gòu)思下，首先需要對作業(yè)支持平臺(tái)進(jìn)行機(jī)具選擇，在控制成本的基礎(chǔ)上，要求平臺(tái)滿足搭建延長測試臨時(shí)生產(chǎn)流程的條件，同時(shí)具備處理井控應(yīng)急問題的能力。其次，要根據(jù)A 油藏評價(jià)井的流體性質(zhì)和配產(chǎn)條件等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程，要求具備油氣分離、生產(chǎn)制度調(diào)節(jié)、安全監(jiān)控、計(jì)量、資料錄取、天然氣燃燒、原油加熱等功能，滿足高凝油的生產(chǎn)和臨時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)設(shè)計(jì)出足夠速率的外輸系統(tǒng)，要具備安全和應(yīng)急解脫等條件。最后，對環(huán)保船進(jìn)行適應(yīng)性改造，使環(huán)保船滿足特殊油品的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、返輸?shù)裙δ堋?/p>

3.1 作業(yè)支持平臺(tái)

作業(yè)支持平臺(tái)選用海洋石油282 平臺(tái)，該平臺(tái)為自升式工程支持平臺(tái)，最大作業(yè)水深40 m，具備井架、鉆機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備，承載空間含懸臂梁和主甲板雙層作業(yè)甲板，配備吊機(jī)、發(fā)電機(jī)組及淡水、燃油、泥漿等艙室，兩舷可安裝天然氣燃燒裝置，滿足延長測試需求。

3.2 延長測試生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)地面生產(chǎn)流程時(shí)需要克服正常生產(chǎn)過程中井口溫度壓力較高、高速流體沖蝕的難題，同時(shí)需要注意原油凝固點(diǎn)較高，在油嘴較小流速較慢或者關(guān)井時(shí)，井口溫度過低造成原油流動(dòng)性變差。另外還需具備良好的油氣分離、一定的緩存儲(chǔ)油、地質(zhì)資料錄取、流程穩(wěn)定防泄漏等能力[18]。如圖1 所示，該延長測試生產(chǎn)流程主要包括采油樹、油嘴管匯、加熱器、二級分離器、計(jì)量罐、儲(chǔ)油罐、燃燒臂等。

圖1 A油藏延長測試生產(chǎn)流程圖

該流程設(shè)計(jì)具備以下特點(diǎn)：

1）兩臺(tái)油氣分離器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)二級分離。為了保證長期生產(chǎn)的油氣分離效果，使用兩臺(tái)油氣分離器串聯(lián)，保障油氣充分分離。

2）在主流程中設(shè)置ESD緊急關(guān)斷閥，分別在油嘴管匯、三相分離器、數(shù)采房設(shè)置緊急關(guān)斷控制器，與井下安全閥相配合，確保應(yīng)急關(guān)斷功能。

3）在地面安全閥與油嘴管匯之間、油嘴管匯上游管線處、油嘴管匯下游管線處、分離器油進(jìn)口及分離器氣出口分別設(shè)置震動(dòng)監(jiān)測探頭，監(jiān)測長期生產(chǎn)過程中高速流體下的管線震動(dòng)情況，防止管線意外松動(dòng)。

4）在地面流程中充分使用蒸汽加熱同心管，此管線為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層中間存在腔室，腔室之間通過軟管連接，可循環(huán)通入熱蒸汽或者冷水，用來對流程加熱或者降溫，控制流程溫度。

5）為防止流程長期高溫生產(chǎn)對管線由壬密封性產(chǎn)生影響，在降溫措施的基礎(chǔ)上，選用帶有金屬支撐環(huán)的弗橡膠耐高溫老化密封件，可以長期維持密封性。

6）設(shè)置總?cè)萘砍^120 m3的儲(chǔ)油罐作為原油緩存空間，每個(gè)儲(chǔ)油罐同時(shí)具備劑量和存儲(chǔ)的功能，罐體底部配備加熱模塊，可通入熱蒸汽對罐內(nèi)原油加熱，防止外輸困難。

3.3 外輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

環(huán)保船靠泊外輸作業(yè)流程包括：靠泊帶纜、連接外輸管線、管線試壓等準(zhǔn)備工作，整個(gè)流程只需0.5 h 左右，且平臺(tái)兩側(cè)均可完成作業(yè)，機(jī)動(dòng)靈活性極強(qiáng)，可以做到“隨輸隨走”。這種作業(yè)特點(diǎn)不僅保障了連續(xù)生產(chǎn)期間的不間斷外輸，環(huán)保船船尾帶纜采取“回頭纜”的方式，緊急狀態(tài)下可由環(huán)保船自行解脫，在節(jié)省寶貴時(shí)間的基礎(chǔ)上，更有效地增強(qiáng)了外輸作業(yè)過程中出現(xiàn)意外情況的快速處理能力[19]。

快速外輸系統(tǒng)主要包括外輸動(dòng)力裝置、外輸流程及應(yīng)急解脫系統(tǒng)，多系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)，可快速將暫存在平臺(tái)緩存罐內(nèi)的原油外輸?shù)江h(huán)保船上，最高外輸速率可以達(dá)到86 m3/h。

1）外輸動(dòng)力裝置。外輸動(dòng)力裝置由兩臺(tái)大功率電動(dòng)力外輸泵組成，通常連接于計(jì)量罐或緩存罐出口，用于輸出罐內(nèi)液體。平臺(tái)兩側(cè)分別設(shè)置一套裝置，兩臺(tái)外輸泵采用并聯(lián)的方式連接到外輸流程中，提高外輸效率。該大功率外輸泵體積小，占地面積小，具有防爆功能，外輸速率高，在延長測試外輸作業(yè)中適用性強(qiáng)。

2）外輸流程。外輸流程及應(yīng)急解脫系統(tǒng)包括平臺(tái)端、環(huán)保船端及輸油臺(tái)。

外輸流程平臺(tái)端由Φ76.2 mm 602 硬管連接而成，由外輸動(dòng)力系統(tǒng)連接至舷邊的輸油臺(tái)。

外輸流程環(huán)保船端為Φ76.2 mm 602的軟管線，工作壓力1.7 MPa，耐溫100 ℃，管線總長達(dá)100 m，輸油管線長度完全滿足外輸原油的要求，采用Φ76.2 mm 602 轉(zhuǎn)換為Φ101.6 mm 快速接頭的變扣連接至環(huán)保船，試壓合格后完成原油的外輸工作。在外輸軟管上配有浮筒，可使軟管漂浮在海面，保證作業(yè)安全。

輸油臺(tái)是為了方便快速連接環(huán)保船端與平臺(tái)端流程而設(shè)置的（圖2）。外輸作業(yè)前，環(huán)保船靠泊后，將外輸流程環(huán)保船端吊起，快速連接在輸油臺(tái)一端的由壬處，在方便連接的同時(shí)，對流程起到一定的固定作用。

圖2 輸油臺(tái)實(shí)物圖

3）應(yīng)急解脫系統(tǒng)。為保證外輸安全，在外輸軟管與鉆井平臺(tái)輸油臺(tái)連接處設(shè)置應(yīng)急解脫裝置，若外輸期間突遇惡劣天氣必須終止外輸作業(yè)，可從此處進(jìn)行應(yīng)急解脫，解脫的同時(shí)將流程關(guān)閉，防止原油落海。

3.4 環(huán)保船存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)

單條環(huán)保船的艙儲(chǔ)容量達(dá)到了500 m3，能夠滿足至少80%容積的原油存儲(chǔ)，同時(shí)經(jīng)過適應(yīng)性改造，環(huán)保船還安裝有液位報(bào)警系統(tǒng)、硫化氫可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)、制氮惰化系統(tǒng)及加熱系統(tǒng)，可以滿足高凝油井、含硫化氫井、高揮發(fā)油井等復(fù)雜流體的安全存儲(chǔ)與運(yùn)輸。

1）在艙室內(nèi)設(shè)置高液位報(bào)警器，一旦液位超過液面艙室容積的80%，就會(huì)啟動(dòng)全船報(bào)警系統(tǒng)。

2）在全船工作區(qū)及生活區(qū)全面安裝H2S及可燃?xì)怏w探頭，一旦有超標(biāo)的危險(xiǎn)氣體出現(xiàn)會(huì)實(shí)現(xiàn)全船警報(bào)，切實(shí)保障全船人員的安全。

3）在環(huán)保船上安裝制氮設(shè)備，在外輸作業(yè)之前先將原油回收艙室充滿氮?dú)膺M(jìn)行惰化，外輸時(shí)直接將原油進(jìn)入惰化后的環(huán)境中，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測艙室內(nèi)的氧氣含量，一旦氧氣含量達(dá)到警戒線，惰化系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)制氮設(shè)備，將艙室內(nèi)氣體進(jìn)一步惰化，實(shí)現(xiàn)防爆功能。

4）另外，原油回收艙室內(nèi)還安裝有加熱系統(tǒng)，可以將艙室內(nèi)原油進(jìn)行加熱到60 ℃以內(nèi)，保持原油的流動(dòng)性，滿足高凝油轉(zhuǎn)運(yùn)的需求。

環(huán)保船的安全特性成功實(shí)現(xiàn)了對艙內(nèi)液位監(jiān)測報(bào)警、硫化氫可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警、全船艙室防爆及液體加熱等功能，保障了原油在環(huán)保船上的安全存儲(chǔ)問題，使原油轉(zhuǎn)運(yùn)全過程不接觸開放空間，且返輸時(shí)容易排出艙室。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

最新探索出的“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”長測試新作業(yè)模式在A油藏評價(jià)井延長測試作業(yè)中獲得了有效實(shí)踐。作業(yè)支持平臺(tái)經(jīng)過改造完成了延長測試生產(chǎn)流程的搭建安裝，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的地面生產(chǎn)流程順利完成了生產(chǎn)放噴、數(shù)據(jù)采集、油氣分離、原油臨時(shí)存儲(chǔ)及安全監(jiān)控的作業(yè)任務(wù)，快速外輸技術(shù)及環(huán)保船安全存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)保障了外輸轉(zhuǎn)運(yùn)原油的及時(shí)性和安全性，整套技術(shù)模式對淺水區(qū)邊際油田延長測試適用性很強(qiáng)，順利完成了A 油藏延長測試的生產(chǎn)和勘探評價(jià)任務(wù)。

1）在A 油藏評價(jià)井延長測試過程中，利用臨時(shí)生產(chǎn)流程長期生產(chǎn)。每30 min 記錄油壓、井口溫度、分離器壓力、溫度，計(jì)量油氣產(chǎn)量，井下壓力計(jì)每10 s 采集記錄井下動(dòng)態(tài)壓力溫度數(shù)據(jù)，天然氣走燃燒臂燃燒處理，原油進(jìn)入儲(chǔ)油罐臨時(shí)存儲(chǔ)，儲(chǔ)油罐加熱溫度控制在38～42 ℃，通過外輸系統(tǒng)不間斷外輸至環(huán)保船，不同的環(huán)保船輪流轉(zhuǎn)運(yùn)至生產(chǎn)平臺(tái)。通過實(shí)際應(yīng)用，以及與“試采平臺(tái)+單錨雙纜系泊系統(tǒng)+儲(chǔ)油輪”延長測試模式作業(yè)情況的對比（表3），證明了“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”新作業(yè)模式是可行的。

表3 兩種延長測試作業(yè)模式現(xiàn)場應(yīng)用情況對比

2）在延長測試作業(yè)期間，地質(zhì)時(shí)間累計(jì)88.11 d，期間受天氣影響，無法外輸被迫關(guān)井4.70 d，占總生產(chǎn)時(shí)長的5.3%。受天氣影響被迫關(guān)井期間，監(jiān)測海面風(fēng)力達(dá)8級以上。

3）該項(xiàng)目累計(jì)外輸作業(yè)77船次，現(xiàn)場使用3條環(huán)保船輪流轉(zhuǎn)運(yùn)原油至生產(chǎn)平臺(tái)，累計(jì)2 7791 m3，3條環(huán)保船輪流轉(zhuǎn)運(yùn)基本可以滿足連續(xù)生產(chǎn)。

4）整個(gè)生產(chǎn)過程中未見地層水，取得了不同工作制度下的溫度和壓力及產(chǎn)能數(shù)據(jù)，獲取合格的地層流體樣品，根據(jù)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)參數(shù)計(jì)算出潛山水體大小，評價(jià)儲(chǔ)層展布規(guī)律，計(jì)算單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，進(jìn)一步落實(shí)裂縫性潛山油藏產(chǎn)量遞減特征。

5 結(jié)論

1）本次作業(yè)通過技術(shù)探索與創(chuàng)新，成功完成了A 油藏延長測試的生產(chǎn)和勘探評價(jià)任務(wù)，取得了該油田的長期動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2）通過本次實(shí)踐驗(yàn)證，“作業(yè)支持平臺(tái)+環(huán)保船轉(zhuǎn)運(yùn)”這一海上延長測試作業(yè)新模式對開發(fā)淺水區(qū)邊際油田適用性較強(qiáng)，應(yīng)用效果良好，為海上邊際油田勘探開發(fā)一體化作業(yè)提供了新的思路和模式，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。