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)
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。
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。
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。
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。
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行有效管控,從而造成惡劣后果。
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)容和變化情況進行明確確定,對不同參數(shù)內(nèi)容進行調(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行研究,對各種問題進行有效處理和改善,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。
考慮到在深水區(qū)域進行鉆井完井時,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。
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??紤]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。
在深水鉆井工程開展的階段中,工作人員需要對各種災(zāi)害性問題進行處理,必要時還需要對深水鉆井結(jié)構(gòu)進行分析,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行分析,對不確定信息進行研究,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)險問題進行控制,加強預(yù)防方案的全面落實。
從整體的發(fā)展角度上進行分析可以發(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,進而為深水油氣開采作業(yè)順利進行提供支持。
對各種不穩(wěn)定因素進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。
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步空間。因此在未來發(fā)展中對安全高效鉆井方面進行研究時,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]。
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)雜程度進行改善,加強對非穩(wěn)定狀態(tài)下的天然氣運動規(guī)律進行研究。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行有效應(yīng)對,在未來對安全高效鉆井完井方面進行研究時,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)容進行研究,進而實現(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。
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)進行深入研究,進而確保深水油氣資源勘探開發(fā)操作能夠順利完成。