吳 怡 幸雪松 龐照宇 黃兆鑫

(1. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028； 2. 海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100028)

從20世紀(jì)90年代開始，以?？松梨凇づ茷榇淼膰?guó)際大型油氣公司開始推動(dòng)勘探開發(fā)一體化工作，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，在3個(gè)方面取得了顯著的成效：①大幅提高探井成功率及勘探發(fā)現(xiàn)率，有利于持續(xù)發(fā)現(xiàn)調(diào)整，增儲(chǔ)上產(chǎn)優(yōu)勢(shì)突出；②油氣田建產(chǎn)周期大幅縮短，先拿規(guī)模產(chǎn)量，再區(qū)域開發(fā)，實(shí)現(xiàn)油田快速建產(chǎn)和提產(chǎn)；③整體考慮，降低井場(chǎng)等工程建設(shè)投資，最大程度提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)油氣田勘探開發(fā)全過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益最大化[1-7]。

國(guó)內(nèi)石油公司勘探開發(fā)一體化工作起步較晚[8-11]，中國(guó)石油在區(qū)域公司層面管理勘探開發(fā)一體化；中國(guó)石化成立油田勘探開發(fā)事業(yè)部全面負(fù)責(zé)國(guó)內(nèi)油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)的一體化管理；中國(guó)海油在2000年左右開始海上勘探開發(fā)一體化模式探索與實(shí)踐。海上油氣田開發(fā)相比陸上有顯著的差異，一是海上油氣田開發(fā)需先建立海上生產(chǎn)設(shè)施，不同于陸地先打探井發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量后直接投產(chǎn)，海上探井轉(zhuǎn)開發(fā)井或者早期見產(chǎn)難度大；二是海上油氣管網(wǎng)密度低，不同于陸地快速新建分支管線，海上實(shí)現(xiàn)建產(chǎn)需要一定的周期，通常從勘探到建產(chǎn)需要3～5年；三是海上油氣田用海和海洋環(huán)境保護(hù)要求特殊，特殊海域更為敏感，建產(chǎn)周期長(zhǎng)。

目前海上針對(duì)不同規(guī)模、不同海域的油氣田已經(jīng)取得了一些卓有成效的探索與實(shí)踐。在海上勘探開發(fā)一體化技術(shù)探索中，也形成了針對(duì)不同海域的勘探開發(fā)一體化鉆完井專業(yè)技術(shù)體系，包括淺水探井井口再利用技術(shù)、一井多目標(biāo)鉆完井技術(shù)、簡(jiǎn)易移動(dòng)式平臺(tái)井口穩(wěn)定性技術(shù)、深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井井筒完整性評(píng)估技術(shù)、探井水下井口疲勞壽命評(píng)估技術(shù)等。海上勘探開發(fā)一體化鉆完井關(guān)鍵技術(shù)已在渤海海域曹妃甸X-1、旅大X-2、渤中X-3，南海海域潿洲Y-1、陵水Z-1等油氣田開發(fā)中成功應(yīng)用(表1)，顯著降低了海上油氣田勘探作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，加快了開發(fā)進(jìn)程，節(jié)約了開發(fā)成本。本文對(duì)海上勘探開發(fā)一體化鉆完井技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，以期為后續(xù)海上勘探開發(fā)一體化鉆完井工作提供借鑒。

表1 海上勘探開發(fā)一體化鉆完井技術(shù)應(yīng)用情況

1 淺水海域勘探開發(fā)一體化鉆完井關(guān)鍵技術(shù)

淺水海域勘探開發(fā)一體化目標(biāo)主要應(yīng)用在邊際或新區(qū)塊油氣田開發(fā)中，邊際油氣田探井轉(zhuǎn)開發(fā)井主要應(yīng)用的技術(shù)目標(biāo)是早期建產(chǎn)和降低大規(guī)模開發(fā)投資風(fēng)險(xiǎn)，鉆完井應(yīng)用較多的技術(shù)是井口再利用和簡(jiǎn)易平臺(tái)鉆井關(guān)鍵技術(shù)等；新區(qū)塊油氣田開發(fā)主要目標(biāo)是降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和開發(fā)投資，應(yīng)用較多的是井口再利用和利用周邊生產(chǎn)實(shí)施已有井槽技術(shù)等。

1.1 探井井口再利用技術(shù)

1.1.1再利用井口鉆井技術(shù)

因探井井口后期需要再利用，并考慮后期在探井井位安裝導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)，那么在探井作業(yè)初期需要使用水下鉆井基盤和泥線懸掛井口。

水下鉆井基盤是為了實(shí)現(xiàn)后期導(dǎo)管架回接安裝作業(yè)，能保證導(dǎo)管架等海洋工程結(jié)構(gòu)物就位時(shí)井口與導(dǎo)管架可以居中對(duì)齊，保障井口回接作業(yè)安全順利實(shí)施。根據(jù)初期井?dāng)?shù)確定基盤可容納的井槽數(shù)量，考慮定位和安裝需要，通常需要至少2口井，初期在探井作業(yè)時(shí)安裝到位。在油藏對(duì)于后期開發(fā)井?dāng)?shù)預(yù)計(jì)較少，或者地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)較大的情況下，推薦采用直角3孔水下基盤，如圖1所示，在渤海海域推薦2根φ838.2 mm隔水管，其中1根隔水管兼作定位樁，均采用鉆井船鉆入；考慮后期回接，基盤中心與整體開發(fā)的井口保護(hù)架中心一致。

圖1 直角3孔水下基盤示意圖

因探井實(shí)施落實(shí)好地質(zhì)情況，后續(xù)可能需要回接或者直接棄置。渤海海域通常需要在海底泥線以下4 m切割井口，同時(shí)還需要考慮后期回接的需求，通常使用泥線懸掛器，如圖2所示。泥線懸掛器位置保證隔水導(dǎo)管拆除后，控制井口出露海底泥面高度，方便井口保護(hù)架安裝。待井口保護(hù)架安裝到位后，通過(guò)泥線懸掛器與遙控接頭實(shí)現(xiàn)各層套管的回接，將各層套管的回接接頭設(shè)計(jì)在泥面以下4 m，若開發(fā)無(wú)效益，永久棄井時(shí)按照相關(guān)要求各層套管只需從回接接頭拔出，只需對(duì)隔水導(dǎo)管在泥面以下4 m 進(jìn)行切割，節(jié)省棄置工期和費(fèi)用。

圖2 泥線懸掛井口示意圖

1.1.2工程應(yīng)用及效果

渤海曹妃甸X-1油田為局部斷塊構(gòu)造，是受巖性和構(gòu)造雙重因素控制的巖性-構(gòu)造油藏，存在較大地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，若前期先建立工程設(shè)施投資較大，且一旦油藏儲(chǔ)量不落實(shí)，損失較大。曹妃甸X-1油田探井井口再利用技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)先落實(shí)油藏儲(chǔ)量，探井作業(yè)實(shí)施后再?zèng)Q定后續(xù)是否上工程設(shè)施。雖然在探井實(shí)施后證實(shí)受地層發(fā)育影響，儲(chǔ)層厚度只有2 m，不具備整體開發(fā)的經(jīng)濟(jì)條件，探井通過(guò)側(cè)鉆至低部位快速開采，回收成本。

1.2 一井多目標(biāo)鉆完井技術(shù)

1.2.1地質(zhì)資料獲取可行性評(píng)估技術(shù)

探井作業(yè)核心是落實(shí)地下情況，目前根據(jù)地質(zhì)資料獲取工具及作業(yè)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，電纜測(cè)井(SP+GR+DLL+AC)、核磁成像、聲-電成像及元素捕獲測(cè)井等項(xiàng)目認(rèn)為井斜角30°內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)較小，井斜角大于30°風(fēng)險(xiǎn)變大，超過(guò)45°不推薦進(jìn)行電纜測(cè)井作業(yè)；對(duì)于測(cè)壓、取樣和井壁取心通常在15°井斜以內(nèi)進(jìn)行；隨鉆測(cè)井對(duì)井斜的要求相對(duì)較小。對(duì)于測(cè)試項(xiàng)目，自噴井封隔器坐封、射孔、鋼絲作業(yè)通常在45°以內(nèi)井斜定向井開展，非自噴井在井斜角30°以內(nèi)。

基于地質(zhì)資料獲取可行性評(píng)估分析，繪制了綜合圈閉覆蓋半徑、資料錄取能力，得出地質(zhì)資料獲取可行性邊界樹，如圖3所示。

圖3 地質(zhì)資料獲取可行性邊界樹

在確定技術(shù)邊界后，對(duì)于探井是否一井完成多目標(biāo)作業(yè)，還需要綜合作業(yè)成本考慮，即通過(guò)經(jīng)濟(jì)性比選結(jié)果確定采用定向井實(shí)施地質(zhì)目標(biāo)或單獨(dú)實(shí)施一口新探井。

1.2.2工程應(yīng)用及效果

一井多目標(biāo)鉆完井技術(shù)可以節(jié)約自升式鉆井平臺(tái)動(dòng)復(fù)員、探井上部井段等作業(yè)程序及費(fèi)用，但同時(shí)會(huì)增加下部定向井段進(jìn)尺和費(fèi)用。經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，一井多目標(biāo)鉆完井技術(shù)對(duì)于渤海地區(qū)有較好的適應(yīng)性。該技術(shù)在渤海旅大X-2油田共28口井應(yīng)用，取得顯著效果，作業(yè)時(shí)間節(jié)約611 d，節(jié)約勘探作業(yè)費(fèi)用超過(guò)1.4億元。

1.3 簡(jiǎn)易移動(dòng)式平臺(tái)井口穩(wěn)定性技術(shù)

1.3.1簡(jiǎn)易移動(dòng)式井口平臺(tái)隔水導(dǎo)管穩(wěn)定性分析技術(shù)

國(guó)外海洋工程經(jīng)驗(yàn)表明，輕型固定式簡(jiǎn)易平臺(tái)是開采近海邊際油田有效的手段之一，在墨西哥灣、北海、印尼和墨西哥等區(qū)域均有應(yīng)用。因采用固定式平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式，油氣田工程設(shè)施投資依然較大，對(duì)于特別邊際的油氣田仍然不適用。因此，目前海上更為經(jīng)濟(jì)的平臺(tái)型式為簡(jiǎn)易移動(dòng)式井口平臺(tái)(圖4)，特別適用于開發(fā)年限較短的邊際油氣田群滾動(dòng)開發(fā)。因特殊平臺(tái)型式，給鉆井隔水導(dǎo)管帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。為保障隔水導(dǎo)管穩(wěn)定性及順利下入，通常需要2層以上扶正裝置?？紤]到自升式移動(dòng)井口平臺(tái)型式，宜依托平臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)隔水導(dǎo)管形成保護(hù)。出于此出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)可升降式桁架結(jié)構(gòu)立于井口區(qū)，作業(yè)時(shí)下放至水面以下10～15 m保護(hù)隔水導(dǎo)管，平臺(tái)拖航時(shí)回收保護(hù)架，主要結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

圖4 簡(jiǎn)易移動(dòng)井口平臺(tái)示意圖

圖5 簡(jiǎn)易移動(dòng)井口平臺(tái)隔水導(dǎo)管支撐保護(hù)架

因移動(dòng)井口平臺(tái)相比常規(guī)導(dǎo)管架平臺(tái)在海洋環(huán)境載荷作用下水平位移較大，在隔水導(dǎo)管分析中需考慮隔水導(dǎo)管支撐保護(hù)架位移對(duì)隔水導(dǎo)管強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響。為了更準(zhǔn)確地分析隔水導(dǎo)管，采用海洋工程結(jié)構(gòu)分析軟件SACS對(duì)移動(dòng)井口平臺(tái)、隔水導(dǎo)管支撐保護(hù)架、隔水導(dǎo)管建立整體分析模型，從而得到隔水導(dǎo)管位移和應(yīng)力。整體分析完成后，仍需根據(jù)《海上開發(fā)井隔水導(dǎo)管設(shè)計(jì)和作業(yè)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行隔水導(dǎo)管強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析，并以整體分析得出的位移作為邊界條件開展單根隔水導(dǎo)管強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析。

1.3.2工程應(yīng)用及效果

簡(jiǎn)易移動(dòng)式平臺(tái)井口穩(wěn)定性技術(shù)解決了簡(jiǎn)易移動(dòng)式平臺(tái)型式帶來(lái)的井口穩(wěn)定難題，已經(jīng)確定在南海潿洲Y-1和Y-2項(xiàng)目方案中，通過(guò)簡(jiǎn)易工程設(shè)施+海底管線回接附近平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速見產(chǎn)，使得邊際油氣田可以有效動(dòng)用開發(fā)，為50萬(wàn)m3累產(chǎn)邊際油田開發(fā)提供了新的技術(shù)途徑。

2 深水海域勘探開發(fā)一體化鉆完井關(guān)鍵技術(shù)

因深水鉆井費(fèi)用高昂，深水海域勘探開發(fā)一體化最為核心的問(wèn)題是解決探井轉(zhuǎn)開發(fā)井。因深水海域棄置要求相比淺水要求較低，可以保留水下井口，是非常有利于探井轉(zhuǎn)開發(fā)井作業(yè)需求的。但因探井作業(yè)無(wú)法確定是否需要后期利用，對(duì)于套管層次設(shè)計(jì)、固井方案、防腐方案等帶來(lái)一定的決策難度，還需要從地質(zhì)油藏認(rèn)識(shí)上有充分的研究和認(rèn)識(shí)，基本確定探井后期可考慮轉(zhuǎn)開發(fā)井方案后，盡可能設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)探井鉆探目的，又能為后期轉(zhuǎn)開發(fā)井提供便利。

水下井口特殊的型式給深水井口利用帶來(lái)更大的技術(shù)挑戰(zhàn)，從技術(shù)層面上分析，深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井解決的兩大核心問(wèn)題是井筒完整性和水下井口壽命。這兩大核心鉆完井技術(shù)保證了深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井的可實(shí)施性。

2.1 深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井井筒完整性評(píng)估技術(shù)

井筒完整性技術(shù)是通過(guò)技術(shù)和管理保證井筒處于安全可控的狀態(tài)，深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井應(yīng)對(duì)井筒完整性風(fēng)險(xiǎn)開展評(píng)估，主要包括壓力測(cè)試、油套管防腐和環(huán)空圈閉壓力管理等，保證井筒在鉆完井和生產(chǎn)期間的安全。探井轉(zhuǎn)開發(fā)井主要有2種方式，一種是探井直接射孔轉(zhuǎn)開發(fā)井，另一種是側(cè)鉆轉(zhuǎn)開發(fā)井。這兩種形式側(cè)鉆對(duì)深水井筒完整性的影響更大，可能會(huì)因?yàn)樘骄绕诠叹|(zhì)量和鉆進(jìn)磨損帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)，需要更加詳細(xì)地評(píng)估，在可以顯著節(jié)約投資和保障安全的前提下，通過(guò)詳實(shí)的資料和充分論證決策是否選擇探井側(cè)鉆開發(fā)井方案。

探井射孔轉(zhuǎn)開發(fā)井是深水井更多的利用方式，需要關(guān)注套管防腐和環(huán)空壓力聚集帶來(lái)的套管強(qiáng)度等問(wèn)題。若在探井實(shí)施前，已做了充足的利用考慮，則在套管防腐選材方面需考慮生產(chǎn)套管全壽命周期防腐要求；在固井方案上考慮技術(shù)套管不返高至上層套管鞋，避免發(fā)生環(huán)空壓力聚集帶來(lái)的套管風(fēng)險(xiǎn)；另外需要進(jìn)行全壽命周期套管強(qiáng)度分析校核工作，需滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，在保障安全的前提下實(shí)現(xiàn)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井作業(yè)，從而節(jié)約開發(fā)成本。

2.2 深水探井水下井口疲勞壽命評(píng)估技術(shù)

水下井口疲勞壽命關(guān)系到深水鉆完井作業(yè)安全，因水下井口在探井作業(yè)中已導(dǎo)致一定的疲勞損傷。那么對(duì)于探井轉(zhuǎn)開發(fā)井，后續(xù)水下井口還需要承擔(dān)更長(zhǎng)的開發(fā)井作業(yè)時(shí)間以及后期全壽命周期內(nèi)可能的修井作業(yè)，因此準(zhǔn)確地評(píng)估水下井口疲勞壽命十分關(guān)鍵。

深水探井水下井口疲勞壽命評(píng)估需要掌握探井作業(yè)過(guò)程中的海況、鉆井船運(yùn)動(dòng)、頂張力、鉆井液密度等基礎(chǔ)資料，通過(guò)更加真實(shí)的環(huán)境模擬確定探井作業(yè)時(shí)期造成的水下井口疲勞損傷。然后再通過(guò)預(yù)測(cè)的開發(fā)井作業(yè)條件和全壽命周期內(nèi)預(yù)計(jì)的修井作業(yè)條件，建立水下井口疲勞分析模型，并開展相應(yīng)的井口疲勞壽命評(píng)估工作。若疲勞壽命不能滿足全壽命周期作業(yè)需求，需調(diào)整作業(yè)時(shí)間(不同月份，海況差異較大)、作業(yè)船舶(船舶運(yùn)動(dòng)性能和水下防噴器重量對(duì)井口疲勞壽命影響較大)等基礎(chǔ)條件，從而保證全壽命周期內(nèi)的井口安全。

2.3 工程應(yīng)用及效果

南海陵水Z-1氣田，對(duì)可能轉(zhuǎn)開發(fā)井的6口探井做了探井轉(zhuǎn)開發(fā)井井筒完整性評(píng)估分析，綜合考慮開發(fā)井靶點(diǎn)布置、油藏要求、井筒完整性以及投資情況，有2口探井可以滿足轉(zhuǎn)開發(fā)井井筒完整性要求，陵水Z-1-1井井筒完整性評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 陵水Z-1-1井井筒完整性評(píng)價(jià)結(jié)果

陵水Z-1-1井水下井口原采用“奮進(jìn)號(hào)”平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，在探井轉(zhuǎn)生產(chǎn)井作業(yè)時(shí)考慮使用“藍(lán)鯨號(hào)”或“海洋石油982”鉆井平臺(tái)，通過(guò)水下井口疲勞壽命分析，發(fā)現(xiàn)“藍(lán)鯨號(hào)”因?yàn)榉绹娖髦亓枯^大嚴(yán)重影響井口疲勞壽命，在不考慮作業(yè)時(shí)間優(yōu)化方面，井口可用疲勞壽命僅17 d，通過(guò)優(yōu)化作業(yè)窗口可提高至317 d；若采用“海洋石油982”平臺(tái)，因防噴器重量降低，可提高井口疲勞壽命至4年。

綜合分析認(rèn)為，陵水Z-1-1井可實(shí)現(xiàn)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井，井筒完整性及井口疲勞壽命滿足全壽命周期要求，并相比新鉆開發(fā)井可節(jié)約1.45億元投資，效果顯著。

3 結(jié)束語(yǔ)

海上勘探開發(fā)一體化必將是未來(lái)海上油氣勘探開發(fā)的主要方向，其中鉆完井專業(yè)也會(huì)更好地起到承接地質(zhì)油藏和工程的橋梁作用，將會(huì)在海上勘探開發(fā)進(jìn)程中起到至關(guān)重要的作用。目前已經(jīng)初步形成了海上勘探開發(fā)一體化鉆完井技術(shù)，在淺水海域使用的探井井口再利用技術(shù)、一井多目標(biāo)作業(yè)技術(shù)和簡(jiǎn)易移動(dòng)式平臺(tái)井口穩(wěn)定性技術(shù)等，在深水海域主要是深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井井筒完整性評(píng)估技術(shù)和深水探井水下井口疲勞壽命評(píng)估技術(shù)。這些技術(shù)為海上勘探開發(fā)一體化進(jìn)程提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。未來(lái)，還需要進(jìn)一步深入地研究海上老井井筒檢測(cè)、側(cè)鉆和低成本棄置技術(shù)等，以期不斷推動(dòng)海上油氣田勘探開發(fā)一體化進(jìn)程。