深水钻井完井的挑战分析及对策
2023-01-04余定泽
余定泽
(中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司,广东 湛江 524057)
0 引言
石油资源十分重要,我国对深水油气资源勘探的研究力度正在增加。深水钻井完井在深水油气资源勘探中具有重要地位,有必要对深水钻井完井方面进行研究,了解其存在的挑战,并采取解决措施,对提高我国深水油气资源开发能力具有重要意义。
1 深水钻井完井面临的挑战
1.1 地质条件较为特殊
通常情况下,深水钻井完井的实施区域普遍具有较为特殊的地质条件,其具体表现在以下三个方面:其一,地质环境具有较强的多样性,且复杂程度较高。我国多数深水区域的地质环境具有较强的复杂性,例如南海存在明显的沙地沙沟、沙脊沙坡具备移动性,并且移动速度较快,都会给工程的开展带来巨大的影响。海南地区的各种环境都具有多样性的特点,不同区域都会因为岩石力学性质的不同,导致地质情况有着不同的变化效果。故而在钻井设计与实际操作中,井筒压力管控难度将明显提高。其二,地温场的分布方面不具备清晰性。我国多数深水区域的地温场分布方面存在异常,造成各项工作受到不良影响。例如在南海北部的深水区,其地温特征数据虽具有全面性,但能够获取的数据内容存在限度,造成地温特征数据信息出现匮乏现象,导致实测地温梯度数据数量减少。在地温场分布方面不具备清晰性的情况下,深水钻井完井工作液流动环境内温度场与压力场的预测难度将明显提高。其三,“三浅”地质灾害出现的可能性较高,具体表现在三个方面:
(1)天然气水合物。在我国南海地区,各种天然气水合物都是矿产资源的重要组成内容,天然气水合物的成矿条件较为良好,南海地区的天然气和石油资源较为丰富。在此基础上,进行钻井操作时,各方面可能受到外界扰动的影响,从而导致滑坡现象发生。
(2)浅层气。多数深水区域存在许多浅层气,且浅层气地层不具备良好的承载能力与抗剪强度,造成孔隙压力增大。在钻井操作中,气体的突然性释放,也会造成火灾安全事故的产生。
(3)浅水流。多数深水区域的危险性较高,在深水钻井工程开展中,普遍未掌握其分布特点,造成钻井操作风险性增强。从实际出发,可发现进行钻井操作时,受到潜水流地层的影响,极有可能出现井喷现象,致使砂水流形成,导致井口及井筒受到破坏,造成邻井受到一定影响。
1.2 地质灾害相对较多
深水浅部地下储层具有一定程度的天然气水合物质及浅层水流等,因此在开展各项操作时,难以对其进行精准判断与识别,导致不确定性。在正式开展深水钻井施工作业时,若未对上述因素加以重视,极有可能导致地质灾害发生,造成钻井事故发生的可能性增加。深水浅部地层,欠压实程度相对较高,力学特性较多,主要有承压能力较差及软胶结等。在受到深水环境下具有的复杂载荷影响时,极有可能出现井口突发性失稳、井漏、井塌等不良现象,从而造成恶劣后果。
1.3 管柱承受的载荷较为复杂
在深入分析深水钻井完井隔水管柱系统后,可发现其属于重要设备,能够对深水钻井完井与陆地及潜水作业进行有效区分。但通过调研可以发现,由于作业环境较为恶劣,工程条件具有较强的复杂性,且在实际操作中有可能受到风、浪及内波等多种复杂载荷的干扰,故而海底井口—隔水管—平台耦合系统有可能在深水钻井完井作业实施中产生一系列安全隐患。常见的安全隐患主要有设备磨损、随机振动及疲劳断裂等,对结构设计与安全控制顺利实施不利。此外,在深水钻井完井隔水管柱系统出现故障问题的情况下,隔水管发生断裂问题的可能性将显著增加,且有可能出现爆炸、火灾及平台限位失效等事故。
1.4 井筒温度及压力场条件复杂
在深水钻井工程开展的阶段中,需要对浅部地层的压实情况以及安全密度窗口情况进行调查。如果各项数据都较为欠缺的情况下,很容易造成各种安全风险和事故问题的产生,导致井下故障问题发生概率明显提升,并且对压力管道的控制难度也有明显增加。对于低温高压的环境来讲,在实际工程建设施工的阶段中,很有可能会产生大量的天然气混合物,导致气体流动方面存在故障问题,在情况严重的情况下,还会导致油气井报废问题的产生。此外,在深部底层温度较高的情况下,温度的变化也会导致钻井液大量流出,对井下结构造成改变,工作人员较难对深水井压力进行计算,各种安全问题也会不断产生。在未充分明确多相流型转化机制的情况下,工作人员将难以对深水井筒压力进行有效管控,从而造成恶劣后果。
2 深水钻井完井难题的应对措施
2.1 预测地质灾害与浅层钻井风险防控
对于深水钻井工程来讲,在工程开展的准备阶段中,需要对周边环境、水文地质等多种条件进行研究,工作人员需要结合各种参数内容和变化情况进行明确确定,对不同参数内容进行调整,加强变化特征的全面落实,精准有效地对各种影响因素进行分析,为后续工作的开展奠定良好的基础与保障。同时,在实际工作开展的阶段中,还需要加强对钻井工程的开展,及时对多种不稳定因素进行研究,制定有效的改善措施,避免技术问题对工作造成的影响。除此之外,还需要对钻井工程存在的机理变化进行研究,对各种问题进行有效处理和改善,加强深水钻井的稳定性,及时对各种问题进行控制,避免风险问题对工程建设造成的危害与影响,以提升作业风险管控水平,降低不良现象发生的可能性。
2.2 隔水管平台耦合机理及安全管控
考虑到在深水区域进行钻井完井时,有可能出现洋流及台风等现象,且深水钻井设备及主体结构将对较为复杂的载荷进行承受,导致钻井完井方面的安全设计与管控难度显著提高。对深水井口隔水管平台系统进行建设,并开展力学耦合模型数据分析工作,充分掌握隔水管系统在不同工作状况下的力学耦合特性,细致化分析不同限位方法下半潜钻井平台的具体运动响应状况,研究限位在失去效用条件时所具有的漂移特性,从而实现获取半潜式钻井平台的响应原理,明确隔水管的运动规律[1]。针对从式立管之间的干涉及立管与流体场力学耦合作用的特点,需要对深水钻井完井管柱系统的管理方案进行编制,落实对隔水管与管柱结构体系设计方面的管理工作,及时解决设计问题,并采取风险管控措施,避免不良现象发生。
2.3 非稳态多相流动原理和井筒压力管控措施
在高温与低温交变的状况下,钻井液的流动性转变幅度将明显增大,造成多相流转变机理无法得到明确,因此需要对深水钻井完井液流体发生转变的原因进行深入研究,了解其规律,探究处在非定流状况下的深水钻井多相流变化原因。在温度较低,但压力较大的状况下,将难以对天然气水合物的相变及井筒压力状况进行精准估测,因此需要对天然气水合物质、油气相变多相流数学模型进行构建,采用具备科学性及合理性的求解算法。针对无法明确地下储层压力,且难以有效管控井筒压力的状况,需要实施井涌诊断与评价。考虑到深水浅地层形成的压力值与地下储层压力相近,从而导致钻井液密度安全性显著降低,造成钻井完井施工中出现井壁坍塌及井喷等不良现象的可能性增加,故而对密度及井筒压力方面进行深入研究,增强安全性,实现有效管控井筒压力。在开展深水井的测试操作时,考虑到管柱结构的复杂程度相对较高,工作情况易出现变化,且井筒内部温度及压力场的分布方面呈现复杂化,需要对温度及压力场的分布特性进行研究,明确受到天然气水合物及蜡沉积堵塞现象影响从而出现的流动障碍形成机制,有效处理深水安全高效测试方法及测试参数设计方面存在的问题。
2.4 设计理论与风险控制
在深水钻井工程开展的阶段中,工作人员需要对各种灾害性问题进行处理,必要时还需要对深水钻井结构进行分析,按照工程建设的相关标准和原则,制定与工程结构相吻合的设计方案。在对深水钻井处理的过程中,需要加强对系统的重视,及时对系统中存在的各种弱点进行分析,对不确定信息进行研究,保证系统设计手段的明确性和有效性,这样也能够在一定程度上确保工程建设的完善性、安全性以及可靠性。除此之外,在设计工作开展的阶段中,还需要结合实际的设计方案对稳定变化调节制度进行建设,编制温度调控的相关方案,保证设备可靠性、环保型的基础上,实现对工程科学合理的设计。在完成上述研究之后,还需要以研究报告内容作为基础,对施工中可能会存在的各种风险问题进行识别,在了解并掌握相关内容的基础上,对不确定因素导致的风险进行转换,创造工程安全系统模式,及时对风险问题进行控制,加强预防方案的全面落实。
3 未来发展建议
从整体的发展角度上进行分析可以发现,造成深水钻井工程方面问题的主要因素,是深水环境以及地层的基本条件,在各种特殊性要求的基础上,加强对各种困难问题的研究,制定有效的改善措施,保证各种问题以及基础理论体系都能得到完善,进而为深水油气开采作业顺利进行提供支持。
3.1 研究浅层地质灾害与井眼稳定性机理
对各种不稳定因素进行评估和判断的过程中,需要结合各种改善技术,对压力相对较低的岩石附近进行处理,保证深浅压力的稳定性,保证压实程度的基础上,减少各种混合物的产生,避免地质灾害问题的不断产生。工作人员需要加强对导管深度的研究和分析,保证设计的效果。在实际工程建设的阶段中,也会存在多种问题影响工程后续的稳定性,比如:深水浅层岩石工程力学的基本特征、区域流场与超压预测、深水浅层流形成机理方面未得到充分明确,进而导致深水钻井环境方面受到不良影响。因此为解决上述问题,在未来发展中围绕深水钻井浅层地质灾害与井眼稳定性机理展开研究,从而实现对钻井完井风险的有效管控。
3.2 研究结构载荷特点与安全管控原理
当前我国在锚泊与动力定位状况下隔水管系统失效机理、深水管柱系统完整性评估及安全管控等方面仍有进步空间。因此在未来发展中对安全高效钻井方面进行研究时,需要将海洋深水钻井结构载荷特点及安全管控原理作为重点研究方向,明确深水钻井管柱系统完整性管理措施及重要部件工程性优化设计措施,为其提供可靠支持[2]。
3.3 研究多相流动规律与井筒压力管理机制
深水钻井完井操作时,井筒温压场具有复杂性,且地层压力与地层破裂压力相近,造成安全密度窗口变窄,致使井喷与井漏现象发生后,井筒压力的管控难度显著提高。对上述内容,其存在的主要难题是未对处在气侵状况下的井筒压力进行精准计算,在计算合理的基础上,对多项流动规律的复杂程度进行改善,加强对非稳定状态下的天然气运动规律进行研究。除此之外,在完成流动测试之后,需要在风险评估报告的基础上,对深水钻井施工的后续流程进行规划制定,加强研究报告内容的全面落实,对各种相关规律进行关联性研究,减少后续问题的产生[3]。因此为对上述问题进行有效应对,在未来对安全高效钻井完井方面进行研究时,需要认识到深水钻井完井井筒多相流动规律及井筒压力管控手段的重要性,并围绕上述内容进行研究,进而实现为复杂状况下的测试风险评估手段及井筒压力精细化管控工作顺利开展提供支持。
4 结语
综上所述,当前我国深水钻井完井面临许多挑战。对深水钻井完井方面进行研究,了解其面临的挑战,及时采取有效的应对措施,并充分明确重点研究对象,持续进行深入研究,进而确保深水油气资源勘探开发操作能够顺利完成。