南海陵水17-2深水氣田開發(fā)鉆完井工程方案研究與實(shí)踐*

謝仁軍 李 中 劉書杰 吳 怡 文 敏 武治強(qiáng)

(1. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028； 2. 中海石油(中國)有限公司海南分公司 海南海口 570311)

深水已成為全球油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域，中國南海油氣資源豐富，是未來能源的重要接替區(qū)[1]。2014年，中國海油在南海北部大陸架西區(qū)的瓊東南盆地自主實(shí)施勘探鉆井作業(yè)，發(fā)現(xiàn)了中國首個(gè)自營深水千億方大型氣田——陵水17-2氣田，揭開了南海深水油氣自主勘探開發(fā)的序幕[2]。

陵水17-2氣田發(fā)育在瓊東南盆地底部深海中央峽谷內(nèi)受峽谷限制的濁積水道復(fù)合體，平面上表現(xiàn)為條帶狀展布的孤立砂體，各自獨(dú)立成藏[3]，空間跨度大，屬于典型的分散式氣藏，水深范圍1 252～1 547 m。受工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、南海極端惡劣海況、深水開發(fā)經(jīng)濟(jì)門檻高等因素影響，要實(shí)現(xiàn)該氣田的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，面臨技術(shù)與成本的雙重挑戰(zhàn)。

經(jīng)過“十一五”到“十三五”重大項(xiàng)目研究攻關(guān)與實(shí)踐，中國海油在深水勘探鉆井與測試方面取得了顯著成效[4]：初步建立了深水鉆井技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，創(chuàng)新了深水表層高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)了深水及超深水模塊化測試工程技術(shù)；初步搭建了深水井控安全及應(yīng)急救援體系；開啟了深水關(guān)鍵設(shè)備器材國產(chǎn)化研發(fā)征程；較好地實(shí)現(xiàn)了深水自主高效勘探鉆井與測試作業(yè)，但在深水油氣田開發(fā)方面經(jīng)驗(yàn)為零。因此，要實(shí)現(xiàn)陵水17-2氣田的安全高效開發(fā)，作為源頭的鉆完井工程方案優(yōu)選確定至關(guān)重要。本文針對(duì)陵水17-2氣田開發(fā)面臨的分散式氣藏總體布局難、復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境鉆井風(fēng)險(xiǎn)高、邊底水氣藏疏松砂巖井筒長效壽命難以保障、深水作業(yè)成本高等技術(shù)難題，系統(tǒng)介紹了中國首個(gè)自營深水大型氣田開發(fā)鉆完井工程方案研究思路及采用的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，以期為未來南海類似深水油氣田安全高效開發(fā)提供研究思路與技術(shù)參考。

1 鉆完井工程挑戰(zhàn)

陵水17-2氣田前期鉆探結(jié)果顯示，該區(qū)域水深較深但儲(chǔ)層埋深淺，地層承壓能力低，壓力窗口窄，探井井漏、溢流等復(fù)雜情況多發(fā)，各井區(qū)差異性大，鉆完井作業(yè)難度大。鉆完井領(lǐng)域除了要解決環(huán)境、裝備挑戰(zhàn)及常規(guī)的海底低溫高壓、淺層地質(zhì)災(zāi)害、壓力窗口窄等技術(shù)難題，在優(yōu)選確定鉆完井工程方案時(shí)，還面臨總體布局、安全鉆井、井筒長效壽命保障及高昂成本的工程挑戰(zhàn)。

1.1 分散式深水氣藏開發(fā)總體布局難度大

對(duì)于深水油氣田開發(fā)而言，水下井口的位置、數(shù)量及型式直接決定了水下工程設(shè)施的總體布局，從而影響到工程開發(fā)模式的選擇。陵水17-2氣田井區(qū)構(gòu)造位置分散，一個(gè)氣田被分割成7個(gè)井區(qū)構(gòu)造(圖1)，東西跨度50 km，南北跨度30 km，水深高差近300 m，各井區(qū)僅布置1～2口開發(fā)井；同時(shí)由于深水作業(yè)成本高的問題，原探井設(shè)計(jì)時(shí)考慮了轉(zhuǎn)開發(fā)井的基本條件。因此，在兼顧探井利用、鉆井難度、工程設(shè)施布局及經(jīng)濟(jì)性的情況下，確定最優(yōu)的總體布局方案，需要解決探井利用帶來的井筒完整性評(píng)估、不同井口布置情況下鉆井技術(shù)可行性的技術(shù)問題以及多專業(yè)整體經(jīng)濟(jì)性問題。

圖1 陵水17-2氣田井區(qū)分布情況

1.2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境深水開發(fā)井鉆井風(fēng)險(xiǎn)高

陵水17-2氣田儲(chǔ)層位于泥線以下1 700～2 000 m范圍，淺部地層水合物、淺層氣等潛在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，地層承壓能力低，壓力窗口窄(地層孔隙壓力壓力系數(shù)1.22，漏失壓力系數(shù)1.35)，鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，易發(fā)生井漏、溢流甚至淺層氣井噴等事故，且開發(fā)井大多以大位移水平井為主。精確預(yù)測區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害及安全鉆井液密度窗口是一大技術(shù)難題。井筒受溫度變化影響，深水開發(fā)井普遍會(huì)產(chǎn)生環(huán)空圈閉壓力，但受制于水下井口限制，無法完全采取放壓等方式解決，復(fù)雜工況下的套管柱規(guī)格設(shè)計(jì)及固井方案優(yōu)選難度大。

1.3 弱膠結(jié)邊底水氣藏出砂出水風(fēng)險(xiǎn)高

陵水17-2氣田儲(chǔ)層膠結(jié)性差，易出砂，邊底水發(fā)育，對(duì)于氣田開發(fā)而言，防砂失效或出水均可能導(dǎo)致氣井關(guān)停或修井作業(yè)，費(fèi)用高且影響產(chǎn)量。由于井區(qū)較多而僅1口探井有巖心資料，如何在資料有限的情況下確定合理的防砂及控水方案，直接決定了該氣田是否可長期平穩(wěn)生產(chǎn)。

1.4 深水鉆完井周期長、成本高

由于受深水鉆井平臺(tái)、工具服務(wù)及關(guān)鍵進(jìn)口器材等高費(fèi)率的影響，深水鉆完井綜合日費(fèi)高達(dá)(500～600)萬元。陵水17-2氣田井區(qū)構(gòu)造位置分散，平臺(tái)一次就位覆蓋井?dāng)?shù)少，井間移位次數(shù)多，作業(yè)時(shí)間跨度長，且不可避免要面臨臺(tái)風(fēng)等復(fù)雜天氣以及與工程設(shè)施作業(yè)交叉等不利條件。要實(shí)現(xiàn)氣田的安全高效開發(fā)，必須統(tǒng)籌考慮鉆完井作業(yè)工序、井間移位路徑、作業(yè)平臺(tái)機(jī)具及與工程設(shè)施施工銜接避讓等問題，采用創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)選確定最優(yōu)的鉆完井工程方案，提高作業(yè)效率，降低費(fèi)用。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐

2.1 分散式深水氣藏開發(fā)鉆完井總體布局評(píng)估技術(shù)

基于區(qū)域水深、井位分布特點(diǎn)，建立了考慮“作業(yè)難度、效率、工程設(shè)施布局、潛在風(fēng)險(xiǎn)”等多維度水下井口布置綜合優(yōu)選技術(shù)，以3個(gè)“定性因素”和4個(gè)“定量因素”控制的深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井作業(yè)可行性評(píng)估技術(shù)，研究確定了“9個(gè)獨(dú)立井口與1個(gè)集中式井口”實(shí)施11口開發(fā)井(包括2口探井轉(zhuǎn)開發(fā)井)的總體方案。

2.1.1水下井口布置綜合優(yōu)選技術(shù)

深水油氣田開發(fā)工程模式具有多樣性[5-6],基于對(duì)全球類似氣田開發(fā)工程模式的比選分析，陵水17-2氣田優(yōu)選出2種總體開發(fā)工程模式：一種是水下生產(chǎn)系統(tǒng)與半潛式生產(chǎn)平臺(tái)，另一種是水下生產(chǎn)系統(tǒng)回接淺水固定式生產(chǎn)平臺(tái)。2種模式下水下生產(chǎn)系統(tǒng)的總體布局都是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中水下井口數(shù)量和位置優(yōu)選是基礎(chǔ)。提出了水下井口優(yōu)選應(yīng)考慮的3方面因素：①油藏井位地理位置與可利用探井井位總體空間關(guān)系； ②集中式叢式井與獨(dú)立式井口方案下鉆完井作業(yè)的技術(shù)可行性及費(fèi)用差異； ③不同井口方案下工程管匯、控制系統(tǒng)及海底管道的布置與工程投資差異。以“技術(shù)可行性為前提，綜合投資相對(duì)較低”的原則確定每個(gè)探井井區(qū)的井口布置方案。

以2井區(qū)為例介紹水下井口布置比選方法，該井區(qū)布置A4H和A5H 2口開發(fā)井，其中A4H井距LS17-2-2探井約1.5 km。因此開展了基礎(chǔ)方案(A4H、A5H井采用獨(dú)立井口鉆新井)、探井利用(A4H井利用2井側(cè)鉆，A5H井采用獨(dú)立井口鉆新井)和集中式井口新鉆井3種布置方案(圖2)的比選，比選結(jié)果見表1。

圖2 2井區(qū)開發(fā)井水下井口比選方案

表1 A4H/A5H井井口布置比選結(jié)果Table 1 Selection results of drilling centers layout of A4H/A5H wells

綜合考慮技術(shù)可行性、潛在風(fēng)險(xiǎn)和投資，2井區(qū)2口開發(fā)井A4H、A5H推薦采用獨(dú)立井口新鉆井方案。其他6個(gè)井區(qū)采用上述思路與方法，按照分區(qū)逐個(gè)比選原則，最終優(yōu)選確定了“9個(gè)獨(dú)立井口+1個(gè)集中式井口”實(shí)施11口開發(fā)井(含2口探井轉(zhuǎn))的水下井口總體布置方案(圖3)。

圖3 陵水17-2氣田水下井口布置方案

2.1.2探井轉(zhuǎn)開發(fā)井作業(yè)可行性評(píng)估技術(shù)

深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井已成為深水油氣田開發(fā)的主流做法。探井設(shè)計(jì)雖然考慮后期轉(zhuǎn)開發(fā)井功能，但由于地質(zhì)油藏的不確定性，探井設(shè)計(jì)階段并無法完全考慮生產(chǎn)期的產(chǎn)量、組分、井完整性等全壽命因素，在開發(fā)階段仍需對(duì)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井的可行性進(jìn)行系統(tǒng)全面評(píng)估，以確保全壽命井筒安全。以井筒完整性為目標(biāo)，建立了以3個(gè)“定性因素”(滿足油藏要求、井筒可重入性、固井質(zhì)量)和4個(gè)“定量因素”(套管材質(zhì)、強(qiáng)度要求、井筒尺寸、成本影響)為控制目標(biāo)的深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井作業(yè)可行性評(píng)估技術(shù)?；谏鲜鲆夭捎脤＜以u(píng)估打分及定量計(jì)算等方式對(duì)所有探井開展了綜合評(píng)估，從6口保留井口的探井中優(yōu)選確定了2口探井(1井、4井)轉(zhuǎn)開發(fā)井的設(shè)計(jì)方案。

2.2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境開發(fā)井安全鉆井技術(shù)

針對(duì)深水淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)及理論分析，研究了陵水17-2氣田淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；揭示了深水淺部土層與成巖地層破壞模式演化機(jī)理，建立了深水淺部地層破裂壓力預(yù)測方法；建立了以全壽命管柱安全為目標(biāo)的多因素深水套管柱設(shè)計(jì)方法。研究確定了“定向井四開、水平井五開、基于壓力管理的套管柱完整性設(shè)計(jì)”的鉆井工程方案。

2.2.1基于聲學(xué)特征的深水淺層地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估方法

基于地震縱波在深水淺部含氣、水災(zāi)害地層中產(chǎn)生不同響應(yīng)的特征，根據(jù)相似性原理，設(shè)計(jì)了“采用可充氣、水的特制砂體，植入飽和砂粘混合土模擬地質(zhì)災(zāi)害”的實(shí)驗(yàn)方法，通過大量聲學(xué)規(guī)律實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了聲速與氣、水的壓力分別呈線性和二次函數(shù)關(guān)系。淺層氣壓力每升高1 MPa，聲速增幅約為4‰，實(shí)現(xiàn)了采用縱波速度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，通過對(duì)不同壓力、不同體積淺層氣與淺水流自井筒至海水中的放噴規(guī)律數(shù)值模擬(圖4)，得到了淺層氣、淺水流噴發(fā)速度、噴發(fā)高度、持續(xù)噴發(fā)時(shí)間與壓力、體積的定量關(guān)系，在相同放噴孔尺寸條件下，噴發(fā)速度與壓力呈線性關(guān)系，噴發(fā)高度與壓力、時(shí)間呈二次拋物線關(guān)系，持續(xù)噴發(fā)時(shí)間與壓力、體積呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，為深水淺層氣災(zāi)害地層的主動(dòng)放噴作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合陵水17-2氣田3D高分辨率地震資料，繪制了區(qū)域淺層地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布圖，明確了所有開發(fā)井處于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采用正常作業(yè)程序?qū)嵤\層作業(yè)，為提高作業(yè)效率奠定了基礎(chǔ)。

圖4 深水鉆井淺層氣主動(dòng)放噴規(guī)律模擬

2.2.2深水淺層破裂壓力預(yù)測方法

地層破裂壓力是深水鉆井設(shè)計(jì)的核心基礎(chǔ)，淺層破裂壓力預(yù)測的關(guān)鍵是找到土層與成巖地層的轉(zhuǎn)化區(qū)及其深度。通過大量巖土的密度-聲波模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了聲波在巖性轉(zhuǎn)化區(qū)出現(xiàn)波速突變的規(guī)律，建立了轉(zhuǎn)化區(qū)以上土體密度隨深度的冪律指數(shù)預(yù)測模型(圖5)，轉(zhuǎn)化區(qū)處力學(xué)性質(zhì)受彈性和塑性共同控制，轉(zhuǎn)化區(qū)深度即為上部土層與下部巖層的密度趨勢線交匯點(diǎn)深度。

圖5 深水淺層巖土轉(zhuǎn)化區(qū)深度確定原理圖

以轉(zhuǎn)化區(qū)為界，上部土層與下部成巖地層破裂模式分別為剪切破壞和拉伸破壞，土層與巖層的破裂壓力預(yù)測模型分別為式(1)、(2)：

(1)

pf-rock=γ{[(1-2μ)/(1-μ)-Q](σv-

αpp)+αpp}+St

(2)

式(1)、(2)中：pf-soil為土層破裂壓力，MPa；pf-rock為巖層破裂壓力，MPa；ρw為海水密度，g/cm3；hw為水深，m；ρbi為某i層深度的土體密度，g/cm3；；n為土體層數(shù)，無量綱；Δh為土層厚度，m；γ為水深影響系數(shù)，無量綱，與不同區(qū)域有關(guān)；μ為巖層泊松比，無量綱；Q為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，無量綱；σv為上覆壓力，MPa；α為有效應(yīng)力系數(shù)，無量綱；pp為孔隙壓力，MPa；St為巖層抗拉強(qiáng)度，MPa。

采用上述計(jì)算模型，基于有限差分法，根據(jù)探井測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算得到了區(qū)域平面及三維井壁穩(wěn)定性分布規(guī)律圖版，在不影響產(chǎn)量的前提下，對(duì)4口水平井方位進(jìn)行了優(yōu)化，降低了鉆井難度和進(jìn)尺。

2.2.3以全壽命管柱安全為目標(biāo)的深水套管柱設(shè)計(jì)技術(shù)

采用水下井口開發(fā)的深水高產(chǎn)氣井，溫度效應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)空圈閉壓力無法完全釋放會(huì)導(dǎo)致深水套管柱全壽命周期內(nèi)面臨極大安全風(fēng)險(xiǎn)?；趯?duì)深水油氣井套管柱全壽命周期載荷應(yīng)力分析，提出了適合于深水套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)的載荷工況及內(nèi)外壓剖面選取做法(表2)。

表2 深水套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)載荷剖面選取Table 2 Feasibility assessment content of exploration well transfer to development well in deep water

根據(jù)彈性變形理論，在建立套管-水泥環(huán)-地層協(xié)調(diào)變形模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮環(huán)空流體參數(shù)、套管變形等因素，優(yōu)化了多管柱環(huán)空圈閉壓力計(jì)算模型(見式(3))，該模型考慮了套管封固段變形的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明考慮封固段套管變形預(yù)測的環(huán)空圈閉壓力值較不考慮該因素時(shí)降低約13%，對(duì)于優(yōu)化管柱設(shè)計(jì)起到了積極作用。

(3)

式(3)中：p為環(huán)空圈閉壓力，MPa；kt為流體壓縮系數(shù)，MPa-1；Vl為環(huán)空體積，m3；ΔT為環(huán)空溫度變化，℃；ΔVl為環(huán)空體積變化，m3；Vm為環(huán)空流體體積，m3；ΔVm為環(huán)空流體體積變化，m3。第2項(xiàng)ΔV1表示由于套管熱效應(yīng)或載荷引起的環(huán)空變形，從而造成的圈閉壓力，其具體計(jì)算過程參見文獻(xiàn)[10]。

根據(jù)套管柱強(qiáng)度校核結(jié)果，為緩解環(huán)空圈閉壓力對(duì)井筒完整性的影響，研究設(shè)計(jì)出以下解決方案：

1) 控制水泥漿返高：該氣田典型開發(fā)井套管程序?yàn)棣?14.4 mm表層導(dǎo)管+φ508.0 mm表層套管+φ339.7 mm技術(shù)套管+φ244.5 mm生產(chǎn)套管，表層導(dǎo)管作為最外層套管采用噴射法下入不固井，表層套管固井水泥漿返高至泥線以消除密閉環(huán)空；對(duì)于技術(shù)套管，在滿足封固過路油氣水層并考慮鉆井液固相沉降的前提下，研究確定了水泥漿返高至上層管鞋以下150～200 m的方案，以確保該環(huán)空圈閉壓力可泄壓至地層；對(duì)于生產(chǎn)套管，在考慮封固要求及鉆井液沉降影響后由于不具備預(yù)留泄壓至地層的通道要求，其水泥漿返高只能進(jìn)入上層管鞋以上100 m。

2) 提高套管柱規(guī)格：基于全壽命載荷計(jì)算校核，推薦φ339.7 mm技術(shù)套管采用P110鋼級(jí)68PPF，φ244.5 mm生產(chǎn)套管采用110鋼級(jí)(13Cr材質(zhì))53.5PPF。

3) 油套環(huán)空壓力管理：通過采油樹環(huán)空轉(zhuǎn)換閥通道進(jìn)行油套環(huán)空壓力管理，該環(huán)空壓力管理最大值及最小值是根據(jù)油套管強(qiáng)度及其相互影響、以及進(jìn)入流程的背壓等綜合確定。陵水17-2氣田各井油套環(huán)空壓力控制范圍為12～30 MPa。

2.3 弱膠結(jié)邊底水氣藏高效完井技術(shù)

針對(duì)儲(chǔ)層弱膠結(jié)易出砂、邊底水特點(diǎn)，基于對(duì)區(qū)域地質(zhì)沉積規(guī)律、測井?dāng)?shù)據(jù)研究及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，優(yōu)化形成了一套適合于目標(biāo)氣田全壽命周期長效防砂策略，設(shè)計(jì)了深水智能完井技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了邊底水氣藏的智能控制。

2.3.1深水弱膠結(jié)高產(chǎn)氣井長效防砂策略

基于巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)法預(yù)測和臨界生產(chǎn)壓差分析，明確了陵水17-2氣田各井區(qū)開發(fā)井出砂風(fēng)險(xiǎn)屬于極高級(jí)別。綜合國內(nèi)外深水氣田防砂方式的調(diào)研分析、防砂圖版優(yōu)選、擋砂模擬試驗(yàn)并考慮陵水17-2氣田產(chǎn)能及邊底水的影響，研究確定了陵水17-2氣田各開發(fā)井防砂方式：定向井套管射孔完井采用高速水礫石充填防砂，水平井裸眼完井采用常規(guī)循環(huán)礫石充填防砂。

針對(duì)本氣田井區(qū)多，取心不全，巖心粒度數(shù)據(jù)無法滿足全井區(qū)防砂參數(shù)設(shè)計(jì)要求的問題，利用實(shí)測粒度數(shù)據(jù)結(jié)合測井資料進(jìn)行縱向剖面預(yù)測，并基于區(qū)域沉積相特點(diǎn)，得出橫向區(qū)域分布規(guī)律，據(jù)此開展防砂參數(shù)設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了方案驗(yàn)證。

1) 縱向分布規(guī)律預(yù)測方法：以1井實(shí)測粒度d50及測井?dāng)?shù)據(jù)建立樣本庫，進(jìn)行樣本訓(xùn)練，獲得粒度縱向輸出值。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與測井資料，預(yù)測整個(gè)井段各儲(chǔ)層粒度分布，彌補(bǔ)取心資料不足，為防砂設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)，預(yù)測結(jié)果顯示，陵水17-2氣田各個(gè)儲(chǔ)層段的粒徑中值從深往淺有逐步變小的趨勢，但總體變化范圍不大。

2) 橫向分布規(guī)律預(yù)測方法：研究物源位置、河道走向，判斷沉積相的沉積趨勢及規(guī)律，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立粒度區(qū)域分布規(guī)律等值線圖(圖6)，預(yù)測整個(gè)氣田粒度區(qū)域分布規(guī)律。研究表明：黃流組沉積末期物源來自中南半島，即物源供給來自西南方向，陵水17-2氣田沉積方向?yàn)镾W—NE，即陵水17-2氣田在橫向上，粒徑中值從西南向東北方向逐漸減小，各井區(qū)粒徑中值d50最小包絡(luò)線變化范圍為59～89 μm。

圖6 陵水17-2氣田儲(chǔ)層砂粒徑中值區(qū)域橫向分布規(guī)律

通過對(duì)不同篩管精度和礫石目數(shù)組合防砂試驗(yàn)，優(yōu)選確定了陵水17-2氣田擋砂精度方案：120μm篩管+40/60目礫石充填。

2.3.2深水邊底水氣藏智能完井方案

為滿足邊底水氣田生產(chǎn)管理及后期生產(chǎn)調(diào)整的需求，首次創(chuàng)新設(shè)計(jì)了2口井的深水智能完井技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了雙層井下流量監(jiān)測和調(diào)整。

從施工工藝、可靠性、適應(yīng)范圍角度綜合對(duì)比了液控與電控方式的智能完井技術(shù)，結(jié)合陵水17-2氣田特點(diǎn)，推薦本氣田2口智能完井采用液壓智能控制方式。管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示。技術(shù)方案要點(diǎn)有：①下入油管攜帶地面控制井下安全閥確保安全；②采用帶環(huán)空外罩的井下流量控制形式以應(yīng)對(duì)出砂問題；③液控滑套包含環(huán)空控制閥和油管內(nèi)控制閥，2個(gè)滑套共3條控制管線，包括1條關(guān)線和2條開線；④設(shè)置雙電子壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)氣藏壓力監(jiān)測；⑤設(shè)置2條化學(xué)藥劑注入管線以防治水合物及結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。該智能完井管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兼顧了深水作業(yè)流程造成的儲(chǔ)層保護(hù)和井控安全風(fēng)險(xiǎn)，并考慮了修井作業(yè)、生產(chǎn)后期起管柱時(shí)效，減少地層隔離閥(FIV)的開啟風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

圖7 陵水17-2氣田智能完井管柱方案

2.4 大跨度深水氣田開發(fā)鉆井綜合提速技術(shù)

針對(duì)目標(biāo)氣田空間范圍廣、水深跨度大、氣藏分散等特點(diǎn)，以效益最大化為目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了分井段、分時(shí)段最佳井間移位方案，創(chuàng)新采用深水開發(fā)井表層批鉆技術(shù)，創(chuàng)新非儲(chǔ)層段高效一體化鉆井技術(shù)，有效降低深水開發(fā)井鉆井成本。

2.4.1基于深水水表層批鉆的最佳井間移位方案設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆井平臺(tái)井間移位航程、起下防噴器組及作業(yè)準(zhǔn)備等時(shí)間，計(jì)算出懸掛防噴器組航行的最低經(jīng)濟(jì)航速，并基于最低經(jīng)濟(jì)航速條件下隔水管極限強(qiáng)度分析及平臺(tái)穩(wěn)性分析，建立適合于本氣田開發(fā)井表層批鉆適應(yīng)性決策模型(圖8)，實(shí)現(xiàn)表層懸掛隔水管井間移位批鉆。

圖8 深水表層批鉆適應(yīng)性決策模型

基于“表層批鉆作業(yè)節(jié)省整體時(shí)間、不間斷作業(yè)減少動(dòng)復(fù)員、避免臺(tái)風(fēng)期上部完井、盡量減少日費(fèi)高鉆井平臺(tái)工作量、工程船靈活安裝采油樹”等原則，創(chuàng)新了分井段、分時(shí)段最佳井間移位設(shè)計(jì)。

定向井作業(yè)工序?yàn)椋罕韺优@、下部井段鉆井、安裝采油樹、下部完井上部完井、投產(chǎn)；水平井作業(yè)工序?yàn)椋罕韺优@、目的層以上井段鉆井、安裝采油樹、目的層鉆井及下部完井、上部完井、投產(chǎn)。充分考慮投產(chǎn)時(shí)間要求及長線設(shè)備采辦周期限制條件，推薦采用2個(gè)鉆井平臺(tái)同時(shí)從西往東作業(yè)，井間移位設(shè)計(jì)方案為：①鉆井平臺(tái)A：表層批鉆(A9H—A10H—A11H—A1—A8—A6—A3H—A5H—A4H)、目的層鉆井與完井(A9H—A10H—A11H—A3H—A5H—A4H)、上部完井(A1)；②鉆井平臺(tái)B：目的層以上井段鉆井(A9H—A10H—A11H—A3H—A5H—A4H)、直井鉆井或井筒重入(A1—A8—A6—A2—A7)、下部完井(A1—A8—A7—A2—A6)、上部完井(A6—A2—A7—A8)。

2.4.2非儲(chǔ)層段高效鉆井綜合技術(shù)

針對(duì)非儲(chǔ)層段鉆井，除表層批鉆技術(shù)，還設(shè)計(jì)采用了系列技術(shù)以提高鉆井作業(yè)效率，具體有：①采用井壁強(qiáng)化鉆井液體系：添加自適應(yīng)預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒，提高地層承壓，有效預(yù)防井漏；②表層套管固井首漿選用低水化能力熱水泥漿體系，尾漿選用低溫早強(qiáng)體系，其他井段采用防漏防氣竄水泥漿體系；③采用探邊工具實(shí)現(xiàn)水平井高效穩(wěn)定著陸；④合理設(shè)計(jì)深水鉆井作業(yè)參數(shù)，確保非儲(chǔ)層段鉆井提速效果和作業(yè)安全，解決井壁穩(wěn)定性差和窄窗口漏失等復(fù)雜難題，實(shí)現(xiàn)非儲(chǔ)層段安全高效鉆井。

2.5 工程實(shí)踐

應(yīng)用上述關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)選確定的鉆完井工程方案，陵水17-2氣田于2019年12月開鉆，2021年6月25日氣田投產(chǎn)，9口新鉆開發(fā)井與2口探井轉(zhuǎn)開發(fā)井鉆完井作業(yè)施工過程安全高效，所有井清噴產(chǎn)能均達(dá)到或超過配產(chǎn)。相關(guān)技術(shù)及方案研究模式已在南海陵水25項(xiàng)目方案研究中推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論與展望

針對(duì)陵水17-2深水大型分散式氣田開發(fā)鉆完井技術(shù)挑戰(zhàn)，研究形成了一整套技術(shù)解決方案。該套技術(shù)有效支撐了中國首個(gè)自營深水大型天然氣田的安全高效開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了深水自主勘探到開發(fā)的里程碑式跨越。陵水17-2氣田的安全高效開發(fā)標(biāo)志著中國已基本掌握深水油氣田開發(fā)鉆采設(shè)計(jì)能力，具備1 500 m水深氣田開發(fā)鉆完井自主作業(yè)能力，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新認(rèn)識(shí)有：

1) 基于區(qū)域水深、井位分布特點(diǎn)，提出了分散式深水氣藏開發(fā)鉆完井總體布局評(píng)估技術(shù)，保證了陵水17-2深水氣田開發(fā)總體方案確定。

2) 建立了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境深水開發(fā)井安全鉆井技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場作業(yè)實(shí)踐驗(yàn)證了其科學(xué)性。

3) 創(chuàng)新弱膠結(jié)儲(chǔ)層長水平段長效防砂策略，首次設(shè)計(jì)雙層井下流量調(diào)控智能完井管柱，創(chuàng)建深水井筒流動(dòng)安全保障分析方法，確保氣田長效安全生產(chǎn)。

4) 以效益最大化為目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的分井段、分時(shí)段最佳井間移位方案與規(guī)?；钏@技術(shù)，支撐了現(xiàn)場作業(yè)的安全高效實(shí)施。

5) 建議聚焦深水復(fù)雜地層鉆完井關(guān)鍵技術(shù)研究。深水深層、深水高溫高壓、極窄壓力窗口等極端復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境及深水規(guī)模開發(fā)帶來的大位移深井、超深井等復(fù)雜井日趨增多，現(xiàn)有技術(shù)尚無法完全滿足要求，亟需進(jìn)一步研究。