葉吉華 劉正禮 羅俊豐

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

深水鉆井設(shè)計的技術(shù)流程與工作方法*

葉吉華 劉正禮 羅俊豐

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

深水鉆井設(shè)計面臨海洋環(huán)境惡劣、壓力窗口窄、淺層地質(zhì)災(zāi)害危害大、作業(yè)費用高昂和深水海底低溫高壓等嚴峻挑戰(zhàn)。在充分借鑒我國淺水鉆井設(shè)計和國外深水鉆井設(shè)計及施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,研究并提出了深水鉆井設(shè)計的技術(shù)流程與工作方法。以“海洋石油981”鉆井平臺在南海實施鉆探的第1口自營深水井為例進行了實際應(yīng)用,結(jié)果表明采用本文提出的深水鉆井設(shè)計技術(shù)流程與工作方法,使鉆井作業(yè)時效達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”深水鉆井平臺數(shù)十口自營深水鉆井設(shè)計和海外剛果深水鉆井設(shè)計實踐中,均取得了良好的應(yīng)用效果,可為其他類似深水鉆井設(shè)計提供參考。

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

我國南海是世界四大油氣聚集地之一,深水區(qū)蘊藏了約210億t的石油地質(zhì)儲量[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)費用的前提[5-9]。深水鉆井設(shè)計內(nèi)容涉及面廣、涵蓋知識點多、技術(shù)難度大,而我國深水鉆井起步較晚,深水鉆井設(shè)計技術(shù)相比國外尚存在一定差距。目前針對深水鉆井設(shè)計分析的文獻資料很少,現(xiàn)有的文獻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淺水鉆井設(shè)計和國外深水鉆井設(shè)計及施工經(jīng)驗基礎(chǔ)上,分析了深水鉆井設(shè)計面臨的挑戰(zhàn),提出了深水鉆井設(shè)計的技術(shù)流程和工作方法,并以“海洋石油981”鉆井平臺在南海實施鉆探的第1口自營深水井為例進行了實際應(yīng)用,取得了良好效果。本文提出的深水鉆井設(shè)計技術(shù)流程與工作方法目前已在數(shù)十口南海深水鉆井設(shè)計及海外剛果深水鉆井設(shè)計中取得成功應(yīng)用,可為其他類似深水鉆井設(shè)計提供參考。

1 深水鉆井設(shè)計面臨的挑戰(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)計不同于常規(guī)水深的鉆井設(shè)計,主要面臨以下幾個方面的挑戰(zhàn):

1)海洋環(huán)境惡劣。首先,隨著水深的增加,要求鉆井平臺作業(yè)能力相應(yīng)增加,且要求隔水管更長、防噴器組(BOP)井控能力更強、鉆井液容積更大以及設(shè)備的壓力等級更高,對設(shè)備的可靠性要求更加苛刻。其次是內(nèi)波流的影響。對我國南海而言,特有的內(nèi)波流以及季風(fēng)氣候的影響須在鉆井設(shè)計中考慮。2012年4月到7月間,南海自營深水井作業(yè)期間監(jiān)測到的內(nèi)波流次數(shù)達到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口自營深水井鉆井作業(yè)期間遭遇強度最大的一次內(nèi)波流,流速達到2.22 m/s,致使平臺漂移4.9 m。整體上來說,內(nèi)波流雖方向有規(guī)律,但發(fā)生時間不定、流速無常、區(qū)域分布差異較大,給深水鉆井平臺定位和鉆井隔水管作業(yè)帶來了安全風(fēng)險。第三是臺風(fēng)的影響。南海臺風(fēng)頻發(fā),每年6—11月為臺風(fēng)高發(fā)期?！昂Ｑ笫?81”作業(yè)的4口自營深水井中有2口井分別遭遇4次臺風(fēng)和2次臺風(fēng),共影響作業(yè)時間近一個月。

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)計中,往往由于作業(yè)窗口小而使得套管鞋深度設(shè)計不夠深。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深度的淺水區(qū)域的井或陸上的井多,有的井甚至因為沒有可用的套管而無法達到最終的鉆井目的。

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、儲層損害等問題,嚴重時可能造成井口基底沖垮、井口塌陷,甚至造成井噴和平臺傾覆等災(zāi)難事故。

4)作業(yè)費用高昂。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,對深水鉆井平臺和設(shè)備作業(yè)能力和可靠性要求更加苛刻,呈現(xiàn)出平臺大型化、設(shè)備智能化、作業(yè)自動化的特點,使得平臺租金和鉆井作業(yè)費用居高不下,如“海洋石油981”綜合日費超過了100萬美元。此外,深水鉆井通常離岸距離遠(目前在我國南海已完鉆的4口深水井離岸距離均在300 km以上,其中最遠的深水井離岸距離達到378 km)、后勤補給線長、應(yīng)急儲備物料多、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)境還會降低鉆井液和水泥漿流動性,增加流動阻力,壓漏地層,導(dǎo)致鉆井液漏失、固井質(zhì)量差等后果。

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

1)深水鉆井設(shè)計中要考慮惡劣海洋環(huán)境給平臺選型、定位和隔水管系統(tǒng)配置等帶來的影響,對于存在強海流、季風(fēng)、臺風(fēng)和強內(nèi)波流等區(qū)域的井,在充分統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)規(guī)律上,須進行海洋環(huán)境對深水移動式鉆井裝置檢驗與選型、錨泊或動力定位平臺作業(yè)安全和隔水管系統(tǒng)設(shè)計及配置作業(yè)影響的專項研究,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)計和井控設(shè)計時須充分考慮地層壓力窗口窄所造成的限制,根據(jù)計劃井鉆前地震數(shù)據(jù)和鄰井隨鉆獲取地層壓力資料開展地層壓力預(yù)測和井壁穩(wěn)定性研究,通過選擇安全的鉆井液密度窗口、設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)、結(jié)合鉆井液性能和壓井阻流管線特點進行井控分析、選擇低密度水泥漿等方法應(yīng)對壓力窗口窄的挑戰(zhàn)。

3)深水鉆井設(shè)計前須對計劃井位開展包括淺層地質(zhì)災(zāi)害在內(nèi)的井場調(diào)查,并須根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果,結(jié)合計劃井的具體情況,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)險的井位作業(yè),對于無法避開淺層地質(zhì)災(zāi)害的井位,在設(shè)計中須做好井口穩(wěn)定性、井漏、動態(tài)壓井技術(shù)及壓井液密度和用量等方面的分析計算,制定相應(yīng)預(yù)防措施及物資準備計劃。

4)高昂的作業(yè)費用給深水鉆井設(shè)計在平臺選型、器材配置和作業(yè)工藝選擇等方面帶來了制約,設(shè)計時須統(tǒng)計分析周邊已實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)測提供依據(jù);在鉆井程序設(shè)計上盡量采用交叉、離線和批鉆作業(yè)等工藝,縮短作業(yè)工期;制定合理的運輸計劃,選用滿足計劃井作業(yè)環(huán)境的工作船,減少相關(guān)費用。

5)深水鉆井設(shè)計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)對由于低溫高壓環(huán)境帶來的影響。

2 深水鉆井設(shè)計的技術(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。通過國內(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、鉆井日報、鉆井液日報、相關(guān)專業(yè)完井報告、電測資料、錄井資料、測試資料、取心資料等。

3)作業(yè)前的氣象、水文資料。通過開展海洋環(huán)境調(diào)查、井場調(diào)查和統(tǒng)計作業(yè)區(qū)域歷史氣象、水文數(shù)據(jù),對作業(yè)區(qū)域的氣象條件、水文資料進行收集,掌握計劃井位海底溫度壓力參數(shù),了解計劃井作業(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。通過作業(yè)基礎(chǔ)實地考察、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、倉儲、碼頭、后勤支持能力、交通狀況、社會環(huán)境、法律法規(guī)要求等。

2.2 相關(guān)井資料綜合分析

對已有的相關(guān)資料進行綜合分析,總結(jié)出作業(yè)經(jīng)驗,辨識存在的風(fēng)險,制定預(yù)防措施。具體方法為:統(tǒng)計、分析已實施井作業(yè)期間出現(xiàn)的事故、復(fù)雜情況、難點以及取得的經(jīng)驗,并對井身結(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)、出鞋長度、低壓頭出泥高度、鉆頭使用情況、套管使用情況進行統(tǒng)計、分析,找出作業(yè)的難點和風(fēng)險;匯總作業(yè)工期,進行各階段的時效分析。分析隨鉆測量、取心、測試等資料以及測試過程存在的問題,了解地層存在的風(fēng)險。相關(guān)井資料綜合分析的目的是通過分析已實施鄰井作業(yè)過程中存在的風(fēng)險、事故、復(fù)雜情況,找出關(guān)鍵問題,提出解決問題的方法,為后續(xù)鉆井設(shè)計提供參考和借鑒。

2.3 計劃井地質(zhì)資料分析

分析地質(zhì)部門提供的計劃井地質(zhì)資料,明確地質(zhì)要求,與鄰井資料相結(jié)合,整理出計劃井在地質(zhì)方面的風(fēng)險和難點,并結(jié)合所收集資料的分析結(jié)果,制定針對性的防范措施和應(yīng)對方法,使鉆井方案滿足計劃井的地質(zhì)目的。具體內(nèi)容為:分析地質(zhì)分層(標明層系名稱、頂?shù)状股?、巖性描述),構(gòu)造特征、儲層特征、流體特征,預(yù)測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,容易導(dǎo)致發(fā)生井下事故和復(fù)雜情況的風(fēng)險提示等;同時,對井場調(diào)查結(jié)果進行分析,評估井位處滑坡、淺層氣、淺層流、水合物、斷層、古河道等淺層災(zāi)害,并對噴射可行性進行分析。

2.4 鉆前研究

在之前所做工作的基礎(chǔ)上,進行以下7個方面的鉆前研究工作,通過聯(lián)合專業(yè)服務(wù)單位和科研機構(gòu)進行專題立項研究,為鉆井設(shè)計提供依據(jù)。

1)淺層地質(zhì)災(zāi)害分析。根據(jù)井場調(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,為鉆井平臺選型、定位、隔水管分析和鉆井作業(yè)等設(shè)計工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3)地層壓力預(yù)測。根據(jù)地質(zhì)部門提供的地震資料與鄰井實施情況,預(yù)測地層壓力,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)及測井資料,進行地應(yīng)力和井壁失穩(wěn)分析研究,預(yù)測井周應(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結(jié)果,進行導(dǎo)管設(shè)計,確定導(dǎo)管尺寸、入泥深度、鉆具伸出管鞋長度等,然后根據(jù)隔水管-導(dǎo)管系統(tǒng)受力分析結(jié)果,進行井口穩(wěn)定性分析,確定導(dǎo)管鋼級、壁厚和出泥高度并進行井口的選型。

6)隔水管配置設(shè)計與作業(yè)窗口研究。根據(jù)海洋環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)和鉆井平臺隔水管系統(tǒng)參數(shù),進行隔水管排列的合理設(shè)計,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(動力定位平臺還需要進行避臺撤離分析等),為隔水管柱的安全作業(yè)提供保障。

7)鉆井平臺就位分析。對于錨泊定位的鉆井裝置,須進行錨泊系統(tǒng)和拋錨作業(yè)分析,形成初步拋錨設(shè)計;對于動力定位的鉆井裝置,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、補償器能力進行隔水管分析(錨泊定位作業(yè)同樣需要進行隔水管校核),確定安全作業(yè)條件,校核平臺的作業(yè)能力。

2.5 鉆井裝置選擇合理性及能力評估

鉆井裝置選擇合理性及能力評估的目的是確保鉆井裝置在計劃井位的作業(yè)安全。一方面,要查驗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;查驗鉆井裝置近1年或近5口井的設(shè)備故障、改造記錄,檢驗鉆井裝置及主要屬具。另一方面,要對鉆井裝置選擇報告中有關(guān)鉆井裝置選擇依據(jù)、鉆井裝置能力評估的內(nèi)容進行分析,重點包括:定位方式分析,重點結(jié)合井及環(huán)境條件確定是錨泊定位還是動力定位;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)、鉆柱補償系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、救生能力和平臺最大可接納人員能力分析;井控裝置分析,根據(jù)計劃實施井壓力預(yù)測、水深、鉆具、井場調(diào)查結(jié)果,評估其壓力等級、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

深水鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)地層壓力預(yù)測研究結(jié)果、地質(zhì)必封點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)、平臺設(shè)備能力及地質(zhì)油藏要求,確定井眼尺寸。對于探井,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

在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,結(jié)合專題研究結(jié)果、鄰井資料和計劃井地質(zhì)資料,通過與各專業(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、鉆井液設(shè)計、固井設(shè)計、水力參數(shù)設(shè)計、摩阻扭矩分析、井控設(shè)計、取心設(shè)計和棄井設(shè)計等。根據(jù)鉆井作業(yè)程序以及鄰井作業(yè)時效和鉆井裝置歷史作業(yè)效率編制進度計劃,匯總所有專業(yè)設(shè)計,整理出使用材料計劃,并考慮應(yīng)備用材料。

2.8 作業(yè)程序、進度計劃及費用評估

根據(jù)地質(zhì)目標、井身結(jié)構(gòu)、平臺情況,從動員開始到復(fù)員,分井段編寫各作業(yè)程序,并測算出全井每一道工序的施工時間,包括動復(fù)員時間,最后做出全井進度計劃,并制定鉆井工程進度計劃表和繪制鉆井工程進度計劃曲線圖。依據(jù)鉆井設(shè)計、承包商服務(wù)、設(shè)備及工具費率、所需材料數(shù)量和價格等,按照相關(guān)取費標準及預(yù)算格式的規(guī)定,編制鉆井費用。

2.9 風(fēng)險分析和處置預(yù)案準備

根據(jù)前期鄰井資料分析以及計劃井的具體情況,進行作業(yè)風(fēng)險分析。針對各階段作業(yè)內(nèi)容,辨識出存在的風(fēng)險,找出可能的原因;按照風(fēng)險分析方法,推測出風(fēng)險發(fā)生的幾率和危害程度,制定降低風(fēng)險的具體措施,并分析制定措施后的風(fēng)險影響等級(風(fēng)險影響等級分類見表2)。對于仍處于高風(fēng)險的作業(yè),應(yīng)制定具體、詳細、操作性強的防范措施;對于重大風(fēng)險,如溢油、臺風(fēng)等,須制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

表2 風(fēng)險影響等級分類

根據(jù)上述工作內(nèi)容,深水鉆井設(shè)計階段分別為概念設(shè)計、基本設(shè)計、詳細設(shè)計,各個設(shè)計階段需要完成的內(nèi)容見表3。

表3 深水鉆井設(shè)計階段劃分及內(nèi)容要求

3 南海自營深水井鉆井設(shè)計實例與效果

以“海洋石油981”在我國南海實施鉆探作業(yè)的第1口自營深水井為例,詳細分析深水井鉆井設(shè)計的關(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,重點是鉆井工程設(shè)計、鉆井日報、鉆井液日報、相關(guān)專業(yè)完井報告、電測資料、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56次(表4),分析發(fā)現(xiàn)對南海深水作業(yè)影響較大的主要問題是BOP故障、井漏等。

表4 南海已實施深水井事故統(tǒng)計

3)地質(zhì)資料分析。根據(jù)地質(zhì)資料,該井水深達1 496 m,對平臺及隔水管系統(tǒng)要求高;較長的無隔水管井段對送入管柱要求高;泥線處溫度僅4℃,水泥漿性能要求適應(yīng)低溫環(huán)境,水泥石起強度時間要求短,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)計帶來難度。

4)鉆前研究,即根據(jù)計劃井實施情況進行相關(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)險較小;海洋環(huán)境調(diào)查和研究表明,計劃井所在區(qū)域存在流速超過2 m/s的內(nèi)波流,臺風(fēng)將對作業(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)測和井壁穩(wěn)定性研究結(jié)果表明,計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,計劃井設(shè)計表層導(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,還對計劃井進行了相關(guān)的隔水管排列鉆前設(shè)計和校核,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估?！昂Ｑ笫?81”的作業(yè)水深可達3 000 m,作業(yè)井深可達10 000 m,配置有105 MPa防噴器組。結(jié)合計劃井的井深、可能達到的大鉤負荷、地層壓力、作業(yè)區(qū)域環(huán)境等因素對鉆井裝置選擇合理性及能力進行了全面的評估,其結(jié)果是該平臺完全具備鉆該計劃井的作業(yè)能力。

6)井身結(jié)構(gòu)及套管設(shè)計?；诘貙訅毫︻A(yù)測研究結(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,無隔水管鉆進,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度,同時有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)對井下復(fù)雜情況。

7)各相關(guān)專業(yè)設(shè)計。在學(xué)習(xí)和參考國外深水鉆井設(shè)計方法以及Husky、Deven公司在南海深水區(qū)作業(yè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,通過對計劃井海洋環(huán)境、工程地質(zhì)條件和平臺設(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,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)險分析和處置預(yù)案準備。計劃井鉆井設(shè)計中全面考慮了內(nèi)波流、淺層地質(zhì)災(zāi)害、新平臺工具設(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)險因素、風(fēng)險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”在南海實施的第1口自營深水井鉆探作業(yè)順利完成,實現(xiàn)了地質(zhì)目的,井身質(zhì)量、固井質(zhì)量、測井質(zhì)量均滿足相關(guān)要求,作業(yè)時效達到了86%,充分證明了本文提出的深水鉆井設(shè)計方法的可行性。目前該技術(shù)流程與工作方法已推廣應(yīng)用在我國“海洋石油981”和“南海8號”鉆井平臺數(shù)十口自營深水鉆井設(shè)計和海外剛果深水鉆井設(shè)計實踐中,均取得了良好的應(yīng)用效果。

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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)

*國家科技重大專項“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究(編號: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)計和鉆探工作。E-mail:yejh@cnooc.com.cn。