渤海邊際油田開發(fā)配套鉆完井技術(shù)

霍宏博，李金蔓，張羽臣，謝 濤，何瑞兵

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 30045；2. 海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300459）

渤海邊際油田儲(chǔ)量規(guī)模巨大，開發(fā)關(guān)鍵在于海上工程設(shè)施的簡化以降低投資[1]。簡易海洋平臺(tái)給鉆完井專業(yè)帶來的難度在于：大位移井使鉆井難度增加；井槽數(shù)量受限制；作業(yè)機(jī)具費(fèi)用高昂等導(dǎo)致工程技術(shù)投資增加與產(chǎn)量受限之間的矛盾。受經(jīng)濟(jì)評價(jià)限制，目前能夠成功開發(fā)邊際油田的模式只有幾種：利用區(qū)域已有生產(chǎn)設(shè)施擴(kuò)展井槽部署井位的“依托模式[2]”，通過一艘油輪在多個(gè)簡易平臺(tái)巡回采油的“蜜蜂模式[3]”，一個(gè)平臺(tái)、一條海底電纜及一條海底管線的“三一模式[4]”。邊際油田開發(fā)模式對鉆完井專業(yè)提出的挑戰(zhàn)是減少井槽部署、降低修井頻率、控制更大的地下含油面積。在渤海的渤中區(qū)域、曹妃甸區(qū)域、錦州區(qū)域的多個(gè)邊際項(xiàng)目[5-6]開發(fā)過程中，鉆完井技術(shù)創(chuàng)新克服了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡化帶來的困難，實(shí)現(xiàn)了渤海多個(gè)邊際油田有效開發(fā)，在滿足工程結(jié)構(gòu)簡化前提下降低了油田開發(fā)投資，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合渤海邊際油田所面臨的開發(fā)難題，介紹了降低投資風(fēng)險(xiǎn)的邊際油田開發(fā)鉆完井技術(shù)，并論證制約渤海邊際油田開發(fā)的鉆完井技術(shù)瓶頸，提出利用相關(guān)行業(yè)技術(shù)的想法，分析了新技術(shù)的應(yīng)用前景，為渤海邊際油田開發(fā)整理了思路。

1 渤海邊際油田配套鉆完井技術(shù)

渤海邊際油田鉆完井技術(shù)主要為解決海洋生產(chǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡化、依托已有設(shè)施部署井位等難題，并降低鉆、完、修井投資。渤海形成了一套邊際油田鉆完井技術(shù)，克服了制約邊際油田開發(fā)的難題。

1.1 單筒雙井技術(shù)

邊際油田開發(fā)中，井槽數(shù)量可決定海洋結(jié)構(gòu)物規(guī)模。無論依托老平臺(tái)滾動(dòng)開發(fā)或新建簡易平臺(tái)開發(fā)邊際油田，均可應(yīng)用單筒雙井技術(shù)，用更少井槽鉆更多井以提高油田產(chǎn)量，該技術(shù)上世紀(jì)九十年代在美國懷俄明州應(yīng)用成功[7]。QK17-2油田是我國海上首個(gè)應(yīng)用單筒雙井技術(shù)的油田，是單筒雙井技術(shù)的開端[8]。在一口762 mm隔水導(dǎo)管鉆660 mm井眼中成功下入2根244.8 mm套管，但當(dāng)時(shí)660 mm井眼無法實(shí)現(xiàn)造斜，海上叢式井繞障存在問題；綏中36-1油田采用444.5 mm鉆頭鉆領(lǐng)眼，660 mm或762 mm擴(kuò)眼器擴(kuò)眼實(shí)現(xiàn)了兩口井339.7 mm套管段預(yù)斜，降低了淺層防碰風(fēng)險(xiǎn)[9]，但單筒雙井技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)兩井表層套管分離，影響井軌跡使進(jìn)尺增加，且繞障難度高。我國北部灣應(yīng)用占位鉆具技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井軌跡淺層造斜使同一井眼中兩井軌跡互不干擾[10]，解決了這一難題，隨后該技術(shù)在渤海油田推廣。渤海A平臺(tái)依托老平臺(tái)外擴(kuò)甲板，增加一排4口單筒雙井井槽，滿足新增8口井位需求[11]，是工程與鉆完井專業(yè)相結(jié)合為依托老油田挖掘剩余儲(chǔ)量取得的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1.2 大位移井鉆井技術(shù)

大位移井可覆蓋更大面積含油區(qū)域。渤海地層地質(zhì)條件復(fù)雜，上部地層以砂泥巖互層為主，坍塌周期短，深部地層為潛山花崗巖、凝灰?guī)r等地層，多套地層壓力并存，鉆井難度大。再此區(qū)域大位移井主要問題為：（1）鉆井、測井、套管下入困難；（2）巖屑沉積井眼清潔困難；（3）裸眼段長泥巖浸泡引發(fā)井壁周期坍塌；（4）鉤載、扭矩較大，對鉆井裝備要求高。

大位移井定向滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)間長、巖屑床厚度大易造成鉆具托壓，嚴(yán)重者會(huì)造成黏附卡鉆，導(dǎo)致井眼報(bào)廢。渤海油田應(yīng)用水力振蕩器有效減緩了鉆具托壓，使鉆壓有效傳遞到鉆頭，提高機(jī)械鉆速至少10%[12]。

套管下入遇阻制約大位移井開發(fā)，為解決套管下入問題，渤海油田應(yīng)用了漂浮下套管、旋轉(zhuǎn)下套管等技術(shù)。漂浮下套管技術(shù)是在套管漂浮接箍以下充滿空氣，下入過程中浮力抵消一部分套管摩擦力，增加鉤載便于套管下入的一種操作方法[13]，但漂浮接箍遇阻無法開泵循環(huán)。旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)無需充氣，可用于鉆桿帶尾管下入，實(shí)現(xiàn)遇阻循環(huán)[14]。

準(zhǔn)確計(jì)算摩阻系數(shù)可預(yù)測作業(yè)過程中的最大鉤載、扭矩，有助于鉆井設(shè)備選擇，輔助判斷井下復(fù)雜情況。BZ34-1-D6井基于鉤載分析準(zhǔn)確判斷井眼清潔程度，通過短起下等措施降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[15]。

軟硬交錯(cuò)地層、高研磨性地層鉆井周期長，增加了裸眼段暴露時(shí)間。阿特拉扭力沖擊器配合專用鉆頭有效提高了渤中深部砂礫巖及火成巖地層等各向異性及高研磨性地層的機(jī)械鉆速，減少裸露地層在鉆井液中的浸泡，降低發(fā)生井下復(fù)雜的概率。

多種技術(shù)的綜合應(yīng)用拓展了大位移井的延伸極限，使渤海大位移井最大水垂比達(dá)到2.8，最大水平位移達(dá)到4 090 m。

1.3 單井雙泵技術(shù)

邊際油田導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)簡單，一般難以配備修井機(jī)具，需要鉆井船修井，邊際項(xiàng)目修井費(fèi)用占鉆完井投資22%～25%，對邊際儲(chǔ)量能否動(dòng)用影響較大。雙泵技術(shù)能夠有效降低修井頻率，延長修井周期，減少油田開發(fā)周期內(nèi)的鉆井船動(dòng)復(fù)員次數(shù)[16]。流花油田是我國首次應(yīng)用雙泵完井技術(shù)的海上油田，隨后該技術(shù)引入渤海邊際油田開發(fā)中，采用“單Y”和“雙Y”生產(chǎn)管柱設(shè)計(jì)，電潛泵一用一備工作模式生產(chǎn)。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，摸索出雙泵管柱對地層供液能力的要求，總結(jié)出因電泵輪換運(yùn)轉(zhuǎn)減少、長時(shí)間停止運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致電泵銹蝕，形成了雙泵、雙電纜下入方法等經(jīng)驗(yàn)。該技術(shù)在渤中、秦皇島、錦州等油田得以規(guī)?；瘧?yīng)用，降低了電泵故障率，有效控制了油田的開發(fā)費(fèi)用[17]。

1.4 井口回接技術(shù)

井口回接技術(shù)通過水下基盤、隔水導(dǎo)管遙控接頭、泥線懸掛器配合使用達(dá)到先鉆井后安裝海洋工程結(jié)構(gòu)的目的。BZ34-3油田對二十年前采取臨時(shí)棄井措施的一口探井進(jìn)行井口回接，使探井轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)井開發(fā)該邊際油田，在探井井位處安裝簡易井口保護(hù)架新增4個(gè)槽口；綏中36-1-E平臺(tái)、渤中34-2/4油田也成功應(yīng)用了套管回接技術(shù)[18]，該技術(shù)既能夠使勘探投資得以有效利用，又使海洋工程結(jié)構(gòu)投資有的放矢[19]。曹妃甸某邊際油田開發(fā)前期研究堅(jiān)持勘探開發(fā)一體化思路，應(yīng)用井口回接技術(shù)評價(jià)井既能達(dá)到勘探儲(chǔ)量規(guī)模的能力，又具備評價(jià)井可轉(zhuǎn)化為開發(fā)井的退路。通過評價(jià)井落實(shí)該油田確實(shí)存在儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)，并沒有直接安裝導(dǎo)管架整體開發(fā)，避免了工程技術(shù)投資的浪費(fèi)。井口回接技術(shù)可為海洋爭議區(qū)域[20]開發(fā)贏得時(shí)間，為新技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造條件。

多種鉆完井技術(shù)的綜合應(yīng)用，降低了海上油田開發(fā)門檻。

2 渤海邊際油田鉆完井技術(shù)瓶頸

渤海油田雖然已通過多種技術(shù)使部分邊際油田得以開發(fā)，但是渤海仍然存在大量難以動(dòng)用的邊際儲(chǔ)量，這類油田開發(fā)難度更大。

不同區(qū)域地層巖性、軌跡差異使大位移井的延伸極限判斷目前仍是技術(shù)難題，導(dǎo)致海洋生產(chǎn)平臺(tái)所部署井位能否覆蓋含油層位無法準(zhǔn)確判斷。影響大位移井延伸極限的瓶頸在于安全鉆井周期的確定，長裸眼段鉆進(jìn)導(dǎo)致井壁浸泡時(shí)間增加，井壁失穩(wěn)判斷已不是常規(guī)巖石力學(xué)理論能夠解決。運(yùn)用力化耦合方法判斷鉆井液浸泡時(shí)間對井壁穩(wěn)定造成的影響[21]，對確定大位移井延伸極限意義重大，但目前力化耦合方法仍需探索發(fā)展，以準(zhǔn)確預(yù)測井壁坍塌周期。

未來還需優(yōu)化鉆井液性能改進(jìn)、優(yōu)選鉆井液密度，降低鉆井液摩阻，減少鉆井液濾矢量；另一方面運(yùn)用鉆井提速工具降低鉆井周期，有效增加大位移井延伸極限。國外大位移井鉆井普遍采用油基鉆井液，但渤海由于其環(huán)保等特殊要求，大部分海域只能應(yīng)用水基鉆井液[22]，其相比于油基鉆井液還存在一定差距，對安全環(huán)保鉆井液體系改進(jìn)提高鉆井液性能有利于大位移井延伸極限拓展。

依托已有生產(chǎn)設(shè)施開發(fā)的邊際油田淺層繞障風(fēng)險(xiǎn)較高，表層作業(yè)上部地層疏松不易造斜且磁干擾嚴(yán)重，井眼防碰難度高，兩井區(qū)之間高防碰風(fēng)險(xiǎn)甚至導(dǎo)致內(nèi)掛方案無法推進(jìn)[23]，而外掛方案需要新增樁腿使工程投資增加，有可能使收益率過低否定邊際油田的開發(fā)。

目前渤海已經(jīng)開展泥線預(yù)開窗繞障技術(shù)嘗試，淺部地層直接預(yù)設(shè)井軌跡方向，有利于叢式井淺層繞障且可實(shí)現(xiàn)廢棄井槽再利用，為部分油田提供了井槽，但該技術(shù)仍存在目標(biāo)井位選擇受限、大尺寸套管套銑作業(yè)效率低、造斜點(diǎn)淺等難題。

由于渤海海域特殊性，近年來對安全環(huán)保要求持續(xù)提高，巖屑、泥漿回收處理使鉆完井成本增加[24]，對邊際油田經(jīng)濟(jì)效益影響極大。海上邊際油田的空間局限性和開發(fā)經(jīng)濟(jì)性限制了常規(guī)處理方法的應(yīng)用，占用空間少、處理費(fèi)用低廉甚至能夠變廢為寶的鉆井廢棄物處理技術(shù)亟待開發(fā)。

國內(nèi)外對自升式鉆井平臺(tái)研究主要針對深水[25]，作業(yè)日費(fèi)也相應(yīng)增加。400 ft水深，懸臂梁覆蓋范圍100 ft以上自升式鉆井平臺(tái)作業(yè)日費(fèi)較200 ft水深、懸臂梁覆蓋范圍40～50 ft的自升式鉆井平臺(tái)增加約200%。鉆井平臺(tái)作業(yè)日費(fèi)是鉆完井投資占比最大項(xiàng)，渤海水域內(nèi)海平均水深18 m[26]，最大水深50 m，海底以淤泥為主，渤海相應(yīng)鉆井裝備需求也具有特殊性，日費(fèi)低廉的鉆井設(shè)備對于渤海邊際油田開發(fā)意義重大。國內(nèi)以L-780MODⅡ型作為母型平臺(tái)進(jìn)行適應(yīng)性修改，用圓柱樁腿取代桁架樁腿，降低平臺(tái)造價(jià)2億元，同時(shí)增加了平臺(tái)甲板面積[27]，作業(yè)日費(fèi)更具競爭力，是鉆井平臺(tái)改造的成功嘗試。針對渤海海況的新船型研發(fā)或者深水老舊自升平臺(tái)適應(yīng)性改造是降低鉆井船日費(fèi)、提高邊際油田動(dòng)用程度的另一條途徑。

3 油田鉆完井技術(shù)展望

鉆完井技術(shù)突破對于邊際油田開發(fā)非常重要。大位移井提高預(yù)測延伸極限預(yù)測準(zhǔn)確度、改進(jìn)鉆井液性能等是渤海大位移井需要持續(xù)推進(jìn)的技術(shù)，優(yōu)化井軌跡降低摩阻也是大位移井技術(shù)突破的方向之一。懸鏈線井軌跡設(shè)計(jì)可減小鉆柱摩阻，改善鉆柱受力[28]，該技術(shù)在國內(nèi)外大位移鉆井中已有成功應(yīng)用[29]，但在渤海應(yīng)用較少，未來可進(jìn)行懸鏈線井軌跡設(shè)計(jì)嘗試。

鉆井裝備不應(yīng)局限于自升式鉆井船，一些適用于簡易海洋工程結(jié)構(gòu)的鉆井設(shè)備也能夠降低鉆完井投資，可搬遷液壓鉆機(jī)占用空間少，非常適合海上作業(yè)需求。四川威遠(yuǎn)區(qū)塊成功應(yīng)用了TI-350T全液壓深井智能鉆機(jī)，作業(yè)深度達(dá)到6 000 m[30]，針對液壓鉆機(jī)國產(chǎn)化及海上應(yīng)用已進(jìn)行了嘗試[31]，未來液壓鉆機(jī)有望應(yīng)用于海上簡化海洋鉆井裝備結(jié)構(gòu)。

探井水下回接技術(shù)雖然可解決探井轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)井的難題，但是也面臨臨時(shí)棄井轉(zhuǎn)為永久棄井增加鉆井投資的難題。泥面以下的探井可回接技術(shù)可在泥面4 m以下進(jìn)行井口回接，且滿足符合永久棄置標(biāo)準(zhǔn)，目前渤海油田已經(jīng)立項(xiàng)開展該技術(shù)的研究。

除單筒雙井技術(shù)外，單筒三井技術(shù)在我國南海潿洲6-1油田已有應(yīng)用[32]，該技術(shù)雖存在大尺寸井眼清潔及固井用灰量大等難題，但可更好實(shí)現(xiàn)空間利用，可為我國邊際油田開發(fā)提供借鑒。

此外，中短半徑側(cè)鉆技術(shù)、海洋廢棄物回收再利用技術(shù)、高效防砂延長修井周期等技術(shù)未來也有望為拓展渤海邊際儲(chǔ)量作出貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論和建議

多種鉆完井新技術(shù)的應(yīng)用增加了渤海邊際儲(chǔ)量的動(dòng)用，為工程結(jié)構(gòu)簡化創(chuàng)造了條件。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)鉆完井技術(shù)也制約了海洋工程結(jié)構(gòu)的簡化，是降低海洋工程結(jié)構(gòu)投資存的底線，在未來渤海邊際油田開發(fā)鉆完井技術(shù)研究也有一些建議。

（1）降低邊際油田開發(fā)門檻的關(guān)鍵是降低投資，鉆井、采油、修井、海洋工程投資是“此消彼長”的關(guān)系，需要統(tǒng)籌多專業(yè)考慮，作出整體投資最優(yōu)的選擇。

（2）一些需要高昂投資的技術(shù)雖然能夠解決鉆完井面臨的難題，但不適用于邊際油田降低費(fèi)用的需求，在國內(nèi)陸地油田或國外類似海域得到應(yīng)用驗(yàn)證的簡單有效的技術(shù)可大膽應(yīng)用于邊際油田開發(fā)。

（3）邊際油田開發(fā)需要發(fā)散思維，可將運(yùn)輸、建筑、路橋、航空航天等其他專業(yè)新技術(shù)納入目標(biāo)技術(shù)研究方向，通過其他學(xué)科技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)海上鉆完井技術(shù)創(chuàng)新。