余定澤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

石油資源十分重要，我國對深水油氣資源勘探的研究力度正在增加。深水鉆井完井在深水油氣資源勘探中具有重要地位，有必要對深水鉆井完井方面進(jìn)行研究，了解其存在的挑戰(zhàn)，并采取解決措施，對提高我國深水油氣資源開發(fā)能力具有重要意義。

1 深水鉆井完井面臨的挑戰(zhàn)

1.1 地質(zhì)條件較為特殊

通常情況下，深水鉆井完井的實施區(qū)域普遍具有較為特殊的地質(zhì)條件，其具體表現(xiàn)在以下三個方面：其一，地質(zhì)環(huán)境具有較強的多樣性，且復(fù)雜程度較高。我國多數(shù)深水區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境具有較強的復(fù)雜性，例如南海存在明顯的沙地沙溝、沙脊沙坡具備移動性，并且移動速度較快，都會給工程的開展帶來巨大的影響。海南地區(qū)的各種環(huán)境都具有多樣性的特點，不同區(qū)域都會因為巖石力學(xué)性質(zhì)的不同，導(dǎo)致地質(zhì)情況有著不同的變化效果。故而在鉆井設(shè)計與實際操作中，井筒壓力管控難度將明顯提高。其二，地溫場的分布方面不具備清晰性。我國多數(shù)深水區(qū)域的地溫場分布方面存在異常，造成各項工作受到不良影響。例如在南海北部的深水區(qū)，其地溫特征數(shù)據(jù)雖具有全面性，但能夠獲取的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在限度，造成地溫特征數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)匱乏現(xiàn)象，導(dǎo)致實測地溫梯度數(shù)據(jù)數(shù)量減少。在地溫場分布方面不具備清晰性的情況下，深水鉆井完井工作液流動環(huán)境內(nèi)溫度場與壓力場的預(yù)測難度將明顯提高。其三，“三淺”地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的可能性較高，具體表現(xiàn)在三個方面：

(1)天然氣水合物。在我國南海地區(qū)，各種天然氣水合物都是礦產(chǎn)資源的重要組成內(nèi)容，天然氣水合物的成礦條件較為良好，南海地區(qū)的天然氣和石油資源較為豐富。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行鉆井操作時，各方面可能受到外界擾動的影響，從而導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象發(fā)生。

(2)淺層氣。多數(shù)深水區(qū)域存在許多淺層氣，且淺層氣地層不具備良好的承載能力與抗剪強度，造成孔隙壓力增大。在鉆井操作中，氣體的突然性釋放，也會造成火災(zāi)安全事故的產(chǎn)生。

(3)淺水流。多數(shù)深水區(qū)域的危險性較高，在深水鉆井工程開展中，普遍未掌握其分布特點，造成鉆井操作風(fēng)險性增強。從實際出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)進(jìn)行鉆井操作時，受到潛水流地層的影響，極有可能出現(xiàn)井噴現(xiàn)象，致使砂水流形成，導(dǎo)致井口及井筒受到破壞，造成鄰井受到一定影響。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害相對較多

深水淺部地下儲層具有一定程度的天然氣水合物質(zhì)及淺層水流等，因此在開展各項操作時，難以對其進(jìn)行精準(zhǔn)判斷與識別，導(dǎo)致不確定性。在正式開展深水鉆井施工作業(yè)時，若未對上述因素加以重視，極有可能導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，造成鉆井事故發(fā)生的可能性增加。深水淺部地層，欠壓實程度相對較高，力學(xué)特性較多，主要有承壓能力較差及軟膠結(jié)等。在受到深水環(huán)境下具有的復(fù)雜載荷影響時，極有可能出現(xiàn)井口突發(fā)性失穩(wěn)、井漏、井塌等不良現(xiàn)象，從而造成惡劣后果。

1.3 管柱承受的載荷較為復(fù)雜

在深入分析深水鉆井完井隔水管柱系統(tǒng)后，可發(fā)現(xiàn)其屬于重要設(shè)備，能夠?qū)ι钏@井完井與陸地及潛水作業(yè)進(jìn)行有效區(qū)分。但通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，由于作業(yè)環(huán)境較為惡劣，工程條件具有較強的復(fù)雜性，且在實際操作中有可能受到風(fēng)、浪及內(nèi)波等多種復(fù)雜載荷的干擾，故而海底井口—隔水管—平臺耦合系統(tǒng)有可能在深水鉆井完井作業(yè)實施中產(chǎn)生一系列安全隱患。常見的安全隱患主要有設(shè)備磨損、隨機振動及疲勞斷裂等，對結(jié)構(gòu)設(shè)計與安全控制順利實施不利。此外，在深水鉆井完井隔水管柱系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的情況下，隔水管發(fā)生斷裂問題的可能性將顯著增加，且有可能出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)及平臺限位失效等事故。

1.4 井筒溫度及壓力場條件復(fù)雜

在深水鉆井工程開展的階段中，需要對淺部地層的壓實情況以及安全密度窗口情況進(jìn)行調(diào)查。如果各項數(shù)據(jù)都較為欠缺的情況下，很容易造成各種安全風(fēng)險和事故問題的產(chǎn)生，導(dǎo)致井下故障問題發(fā)生概率明顯提升，并且對壓力管道的控制難度也有明顯增加。對于低溫高壓的環(huán)境來講，在實際工程建設(shè)施工的階段中，很有可能會產(chǎn)生大量的天然氣混合物，導(dǎo)致氣體流動方面存在故障問題，在情況嚴(yán)重的情況下，還會導(dǎo)致油氣井報廢問題的產(chǎn)生。此外，在深部底層溫度較高的情況下，溫度的變化也會導(dǎo)致鉆井液大量流出，對井下結(jié)構(gòu)造成改變，工作人員較難對深水井壓力進(jìn)行計算，各種安全問題也會不斷產(chǎn)生。在未充分明確多相流型轉(zhuǎn)化機制的情況下，工作人員將難以對深水井筒壓力進(jìn)行有效管控，從而造成惡劣后果。

2 深水鉆井完井難題的應(yīng)對措施

2.1 預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害與淺層鉆井風(fēng)險防控

對于深水鉆井工程來講，在工程開展的準(zhǔn)備階段中，需要對周邊環(huán)境、水文地質(zhì)等多種條件進(jìn)行研究，工作人員需要結(jié)合各種參數(shù)內(nèi)容和變化情況進(jìn)行明確確定，對不同參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，加強變化特征的全面落實，精準(zhǔn)有效地對各種影響因素進(jìn)行分析，為后續(xù)工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)與保障。同時，在實際工作開展的階段中，還需要加強對鉆井工程的開展，及時對多種不穩(wěn)定因素進(jìn)行研究，制定有效的改善措施，避免技術(shù)問題對工作造成的影響。除此之外，還需要對鉆井工程存在的機理變化進(jìn)行研究，對各種問題進(jìn)行有效處理和改善，加強深水鉆井的穩(wěn)定性，及時對各種問題進(jìn)行控制，避免風(fēng)險問題對工程建設(shè)造成的危害與影響，以提升作業(yè)風(fēng)險管控水平，降低不良現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

2.2 隔水管平臺耦合機理及安全管控

考慮到在深水區(qū)域進(jìn)行鉆井完井時，有可能出現(xiàn)洋流及臺風(fēng)等現(xiàn)象，且深水鉆井設(shè)備及主體結(jié)構(gòu)將對較為復(fù)雜的載荷進(jìn)行承受，導(dǎo)致鉆井完井方面的安全設(shè)計與管控難度顯著提高。對深水井口隔水管平臺系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，并開展力學(xué)耦合模型數(shù)據(jù)分析工作，充分掌握隔水管系統(tǒng)在不同工作狀況下的力學(xué)耦合特性，細(xì)致化分析不同限位方法下半潛鉆井平臺的具體運動響應(yīng)狀況，研究限位在失去效用條件時所具有的漂移特性，從而實現(xiàn)獲取半潛式鉆井平臺的響應(yīng)原理，明確隔水管的運動規(guī)律[1]。針對從式立管之間的干涉及立管與流體場力學(xué)耦合作用的特點，需要對深水鉆井完井管柱系統(tǒng)的管理方案進(jìn)行編制，落實對隔水管與管柱結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方面的管理工作，及時解決設(shè)計問題，并采取風(fēng)險管控措施，避免不良現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 非穩(wěn)態(tài)多相流動原理和井筒壓力管控措施

在高溫與低溫交變的狀況下，鉆井液的流動性轉(zhuǎn)變幅度將明顯增大，造成多相流轉(zhuǎn)變機理無法得到明確，因此需要對深水鉆井完井液流體發(fā)生轉(zhuǎn)變的原因進(jìn)行深入研究，了解其規(guī)律，探究處在非定流狀況下的深水鉆井多相流變化原因。在溫度較低，但壓力較大的狀況下，將難以對天然氣水合物的相變及井筒壓力狀況進(jìn)行精準(zhǔn)估測，因此需要對天然氣水合物質(zhì)、油氣相變多相流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)建，采用具備科學(xué)性及合理性的求解算法。針對無法明確地下儲層壓力，且難以有效管控井筒壓力的狀況，需要實施井涌診斷與評價。考慮到深水淺地層形成的壓力值與地下儲層壓力相近，從而導(dǎo)致鉆井液密度安全性顯著降低，造成鉆井完井施工中出現(xiàn)井壁坍塌及井噴等不良現(xiàn)象的可能性增加，故而對密度及井筒壓力方面進(jìn)行深入研究，增強安全性，實現(xiàn)有效管控井筒壓力。在開展深水井的測試操作時，考慮到管柱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度相對較高，工作情況易出現(xiàn)變化，且井筒內(nèi)部溫度及壓力場的分布方面呈現(xiàn)復(fù)雜化，需要對溫度及壓力場的分布特性進(jìn)行研究，明確受到天然氣水合物及蠟沉積堵塞現(xiàn)象影響從而出現(xiàn)的流動障礙形成機制，有效處理深水安全高效測試方法及測試參數(shù)設(shè)計方面存在的問題。

2.4 設(shè)計理論與風(fēng)險控制

在深水鉆井工程開展的階段中，工作人員需要對各種災(zāi)害性問題進(jìn)行處理，必要時還需要對深水鉆井結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，按照工程建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和原則，制定與工程結(jié)構(gòu)相吻合的設(shè)計方案。在對深水鉆井處理的過程中，需要加強對系統(tǒng)的重視，及時對系統(tǒng)中存在的各種弱點進(jìn)行分析，對不確定信息進(jìn)行研究，保證系統(tǒng)設(shè)計手段的明確性和有效性，這樣也能夠在一定程度上確保工程建設(shè)的完善性、安全性以及可靠性。除此之外，在設(shè)計工作開展的階段中，還需要結(jié)合實際的設(shè)計方案對穩(wěn)定變化調(diào)節(jié)制度進(jìn)行建設(shè)，編制溫度調(diào)控的相關(guān)方案，保證設(shè)備可靠性、環(huán)保型的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對工程科學(xué)合理的設(shè)計。在完成上述研究之后，還需要以研究報告內(nèi)容作為基礎(chǔ)，對施工中可能會存在的各種風(fēng)險問題進(jìn)行識別，在了解并掌握相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對不確定因素導(dǎo)致的風(fēng)險進(jìn)行轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造工程安全系統(tǒng)模式，及時對風(fēng)險問題進(jìn)行控制，加強預(yù)防方案的全面落實。

3 未來發(fā)展建議

從整體的發(fā)展角度上進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，造成深水鉆井工程方面問題的主要因素，是深水環(huán)境以及地層的基本條件，在各種特殊性要求的基礎(chǔ)上，加強對各種困難問題的研究，制定有效的改善措施，保證各種問題以及基礎(chǔ)理論體系都能得到完善，進(jìn)而為深水油氣開采作業(yè)順利進(jìn)行提供支持。

3.1 研究淺層地質(zhì)災(zāi)害與井眼穩(wěn)定性機理

對各種不穩(wěn)定因素進(jìn)行評估和判斷的過程中，需要結(jié)合各種改善技術(shù)，對壓力相對較低的巖石附近進(jìn)行處理，保證深淺壓力的穩(wěn)定性，保證壓實程度的基礎(chǔ)上，減少各種混合物的產(chǎn)生，避免地質(zhì)災(zāi)害問題的不斷產(chǎn)生。工作人員需要加強對導(dǎo)管深度的研究和分析，保證設(shè)計的效果。在實際工程建設(shè)的階段中，也會存在多種問題影響工程后續(xù)的穩(wěn)定性，比如：深水淺層巖石工程力學(xué)的基本特征、區(qū)域流場與超壓預(yù)測、深水淺層流形成機理方面未得到充分明確，進(jìn)而導(dǎo)致深水鉆井環(huán)境方面受到不良影響。因此為解決上述問題，在未來發(fā)展中圍繞深水鉆井淺層地質(zhì)災(zāi)害與井眼穩(wěn)定性機理展開研究，從而實現(xiàn)對鉆井完井風(fēng)險的有效管控。

3.2 研究結(jié)構(gòu)載荷特點與安全管控原理

當(dāng)前我國在錨泊與動力定位狀況下隔水管系統(tǒng)失效機理、深水管柱系統(tǒng)完整性評估及安全管控等方面仍有進(jìn)步空間。因此在未來發(fā)展中對安全高效鉆井方面進(jìn)行研究時，需要將海洋深水鉆井結(jié)構(gòu)載荷特點及安全管控原理作為重點研究方向，明確深水鉆井管柱系統(tǒng)完整性管理措施及重要部件工程性優(yōu)化設(shè)計措施，為其提供可靠支持[2]。

3.3 研究多相流動規(guī)律與井筒壓力管理機制

深水鉆井完井操作時，井筒溫壓場具有復(fù)雜性，且地層壓力與地層破裂壓力相近，造成安全密度窗口變窄，致使井噴與井漏現(xiàn)象發(fā)生后，井筒壓力的管控難度顯著提高。對上述內(nèi)容，其存在的主要難題是未對處在氣侵狀況下的井筒壓力進(jìn)行精準(zhǔn)計算，在計算合理的基礎(chǔ)上，對多項流動規(guī)律的復(fù)雜程度進(jìn)行改善，加強對非穩(wěn)定狀態(tài)下的天然氣運動規(guī)律進(jìn)行研究。除此之外，在完成流動測試之后，需要在風(fēng)險評估報告的基礎(chǔ)上，對深水鉆井施工的后續(xù)流程進(jìn)行規(guī)劃制定，加強研究報告內(nèi)容的全面落實，對各種相關(guān)規(guī)律進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究，減少后續(xù)問題的產(chǎn)生[3]。因此為對上述問題進(jìn)行有效應(yīng)對，在未來對安全高效鉆井完井方面進(jìn)行研究時，需要認(rèn)識到深水鉆井完井井筒多相流動規(guī)律及井筒壓力管控手段的重要性，并圍繞上述內(nèi)容進(jìn)行研究，進(jìn)而實現(xiàn)為復(fù)雜狀況下的測試風(fēng)險評估手段及井筒壓力精細(xì)化管控工作順利開展提供支持。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國深水鉆井完井面臨許多挑戰(zhàn)。對深水鉆井完井方面進(jìn)行研究，了解其面臨的挑戰(zhàn)，及時采取有效的應(yīng)對措施，并充分明確重點研究對象，持續(xù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)而確保深水油氣資源勘探開發(fā)操作能夠順利完成。