王建富
, 刘天鹤
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2018-06-15
网络出版日期: 2018-11-06
版权声明: 2018
作者简介:
作者简介：王建富 高级工程师,1962年生, 2001年毕业于中国石油大学(华东)石油地质专业,现任大港油田公司水平井开发高级专家。通信地址:300280天津大港油田滩海开发公司。电话:(022)25920445。E-mail:Wangjianfu@petrochina.com.cn
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摘要
大港滩海域油田的高效开发,得益于地质研究新区带的不断拓展,得益于地质研究新技术的深化应用,得益于钻井工程与海工技术的系统集成与应用。面对大港滩海域油田地下复杂的地质油藏条件和特殊的地表条件,通过探索地下复杂油藏分布规律,深入研究适合大港滩海域泥质海滩海工建造技术,集成应用人工岛、人工井场及固定平台等高密度丛式井油田开发技术,形成了滩海域油田开发配套技术系列,目前已在大港南部滩海区的埕海、赵东油田开发中应用且效益良好,为今后中北部滩海区的新港、滨海油田建设积累了重要经验,是大港滩海域油田优质高效开发的重要保障。
关键词：
随着国内外石油勘探开发领域的不断拓展,陆上油田的勘探开发以“井丛厂”井口集成批钻模式运作与实施。利用这种模式在节约土地资源的同时,也节省了作业现场占地空间。海上油田的勘探开发独具特色,沿海岸带区域以岸基井场条件为基础,实施大斜度定向井钻探,可以最大限度地获取地下油气资源。深水海域以钻井船、钻井平台为井场条件,支撑海上油田的开发与生产。而处于沿岸潮间带与深水域之间的滩涂——浅海水域,相对油田建设而言,属于“陆上设备下不去、海上设备上不来”的高难度施工区域。
渤海之滨的大港滩海域油田恰位于这种高难度施工海域,他北起涧河、南至泗女寺河,东至5.0 m水深线与中海油渤海油田相邻、西与中石油大港油田陆上油区相接壤,海岸线南北长146 km,东西宽15~35 km,域内地表条件以及特殊的海况条件国内独具特色,具有地基泥质软,滩涂宽、坡度平、淤泥厚、承载力低、风暴潮频繁、冰情严重等特点。攻克自然地表条件制约,实现滩涂-浅海水域的油田开发与建设,是滩海油田建设者面临的首要任务。
大港滩海区域自北向南依次分布新港、滨海、埕海油田,域内石油地质和天然气储量丰富。截至目前,地处中北部滩海区的新港、滨海油田海上范围尚处于勘探阶段,南部滩海区的埕海油田和赵东油田已投入开发。
随着埕海、赵东油田的陆续开发,综合地质研究成果的不断拓展,地质研究领域新技术的深化应用以及钻井工程与海工技术的系统集成与应用,既为今后中北部滩海区油田建设积累经验、储备技术,形成了大港滩海域油田建设特色技术系列,也是滩海域油田高效开发的重要保障。
大港滩海域被滩涂、淤泥及0~5.0 m水深的水域覆盖,三维地震资料采集以炸药、气枪震源激发,采用陆地、海底封及水上漂检波器接收,由于有效子波接收品质、接收程度不尽相同,直接导致前至有效低频能量损失程度的差异性存在。采用近地表结构Q值补偿技术、炮检域两步法反褶积、低频能量补偿技术后,则可消除各地震道间的子波差异,实现三维地震能量均一性平衡补偿有效处理[1,2],为下步综合地震解释奠定基础(图1)。
目前三维地震勘探已覆盖大港滩海地区,跨陆地、滩涂、海域三维地震资料已实现连片处理与精细解释,不同区块资料拼接处理,实现了不同年度、不同地表采集因素多重控制条件下三维地震资料的整体偏移处理,尤其叠后时间偏移处理资料,精准地反映了地下不同埋深条件下的构造形态与分布,在构造解释、储集层反演、落实砂体分布、油藏研究等诸多领域,该技术支撑着南部滩海域油田的发现与开发投产。
立足滩海油田的现实需求,开发地震三维精细解释技术,从宏观区带到局部构造贯穿始终[3,4,5,6];采用地震拓频、蚂蚁体属性、精细层位标定、多尺度相控、三维可视化等技术,分层系落实构造形态、断裂组合特征,并开展储集层刻画及预测研究,形成具有滩海特色的复杂断块薄互储集层精细刻画技术系列(图2)。
目前南部滩海油田在分层系落实构造的同时,明确了Nm、Ng、Ed、Es等主要目的层的宏观构造形态和微观构造特征,大断裂展布、小断层组合特征更加合理可靠,在构造解释成果的基础上,完成分层系构造成果图的编制。
一井多目标立体评价技术,是指通过一口井的钻探,实现多层系油层、多类型油藏、多目标领域的认识与发现。它不但实现了探井与评价井设计和实施一体化,评价井与滚动井设计和实施一体化,滚动井与产能井设计和实施一体化,体现出已开发投产层系与勘探新区、新层系发现一体化的技术内涵,而且实现了“一井多层系、一井多目标、一井多功能”钻探新模式,从而达到了工程项目实施与地质方案有机结合、项目投入与产出比效益极致化目的。
赵东C 8井区目前开发投产目的层NgⅠ1、NgⅠ2、NgⅠ3,在三维构造精细解释的过程中,发现其下伏NgⅡ1、NgⅡ2油组发育完整的低幅度圈闭构造,据此在落实储集层分布的基础上,进行新产能井C 7井部署过程中,果断加大C 7井钻探深度,预探主要目的层下伏的NgⅡ1、NgⅡ2油层分布[7],新发现了NgⅡ1、NgⅡ2油层,从而验证了“一井多目标立体评价技术”的内涵。
大港滩海域钻井以端岛、钻井平台为基础,实施“井丛厂”批量钻井,井口槽密集分布(井排间距1.5~2.0 m),井底覆盖目的层区域构造,以大斜度井、大位移水平井为主要钻井方式[8,9,10],海上 ODA/ODB钻井平台井口槽布局模块合理,实现最大限度应用其空间(图3)。地下井眼轨迹控制分别以200、300、400、500 m为浅、中、深造斜井深位置实施钻探,优化井眼轨迹、口槽分布防碰、绕障方案,最终实现定向井的中靶率和水平井的入窗成功率达100%,水平段油层钻遇率达95%(图4)。
2.4.1 磁感应防碰绕障技术
钻完井配套技术之一是磁感应防碰绕障技术,它是指应用“低刚性钻具组合+浅造斜磁干扰井眼轨迹控制技术+套管保护器”的一种钻具配套组合方法。此配套技术的应用,使防碰探测距离由1~2 m延伸至4~6 m。在ODA/ODB钻井平台覆盖地下490 m2范围内共钻井222口,成功挑战丛式井开发防碰绕障世界级难题。
2.4.2 大斜度井、大位移水平井优快钻井技术
钻完井配套技术之二是大斜度井、大位移水平井优快钻井技术。目前大港滩海域大斜度井、大位移水平井钻探,已经完成水垂比大于2、 水平位移大于2 500 m的大位移井34口,井斜角超过75 °的大斜度井有41口,其中ZH 8Nm-H3井最大水平位移为4 196 m、水垂比为3.92, 在世界大位移水平井中位居前列,处于国际先进水平(图5) , “一种丛式井
组的钻井方法”和“一种适用于660.4 mm导管单筒双井的钻井方法”等多项核心技术获得国家发明专利[11,12]。
2.4.3 套管批钻快速钻井技术
钻完井配套技术之三是套管批钻快速钻井技术。以赵东油田为例,钻井施工过程中,单井平均机械钻速234.7 m/ h,钻井进尺达290 m/d,创套管钻井速度纪录[13];311.15 mm井眼快速钻井速度达到1.0 mile(1 609m)/d,赵东油田套管批钻快速钻井速度跻身国际钻井界“一英里俱乐部”(图6)。
2.4.4 水平井筛管完井砾石充填防砂技术
钻完井配套技术之四是水平井筛管完井砾石充填防砂技术。埕海油田明化镇组和馆陶组生产层出砂严重,通过悬挂ϕ139.7 mm Excluder 2000 防砂筛管组合为主体完井管柱,先期实施筛管外砾石充填防砂完井,保障了水平井高产稳产[13]。平均单井初期产量268 t/d,单井产量最高1 159 t/d。以ZD-D 21HP水平采油井为例,生产层位NgⅠ1油层组,水平段裸眼砾石充填防砂完井,自2004年8月投产至2016年12月底累计生产原油43.6 ×104 t,检泵周期长达2 392 d(图7)。
大斜度井分注及测调工艺技术包括压控开关分注技术和有缆智能分注技术两项核心技术[14]。
2.5.1 压控开关分注技术
压控开关分注技术是指油井在生产条件下,随管柱下井的压控开关及配套设备所采用的技术与系列。它使得油井免投捞测配,通过地面压力变化形成压力波编码,控制井下配水器水嘴开关调配,解决了常规钢丝或电缆投捞“下不去、捞不上”的问题,实现大斜度井或水平井的生产井段分段投产、智能配产、智能控制井下配水器水嘴开关调配,保障油井处于最高产油量、最低限度含水量的生产状态。相对注水井而言,井下智能控制配水器水嘴开关与调配,可实现注水量的自动、有效控制。埕海油田50余口油井和注水井应用此项技术实现了高效开发。
2.5.2 有缆智能分注技术
有缆智能分注技术是指在完井阶段电缆随分注管柱下入井下,地面控制器通过预置电缆与井下智能配水器连接,远程调控各项生产参数,实时监测注水井各层的吸水量、压力与温度参数的变化,实现注水井分注数字化、信息化。目前埕海油田20余口注水井成功应用了此项技术,油田开发效果显著。
大港滩海域海工建造技术,是指覆盖海岸-滩涂-极浅海不同地表条件下、支撑海上油田开发的工程技术与系列,包括进海路建设、端岛建设、海上钻井平台建造技术。埕海1-1岛、埕海2-2岛的开发,系统集成了海工建造技术体系中的实体进海路(对拉板桩、插入式箱型)、透流进海路(透流箱涵、筒型基础栈桥)、人工岛建造技术与应用,其核心技术 “一种插入式箱型进海路结构件及其建造进海路的方法” 获得国家发明专利[15]。赵东平台的建造与投产应用,集成了国内外钻井平台的核心技术,实现了大港滩海域油田开发的新突破。
2.6.1 实体结构进海路
建立实体结构进海路、对拉板桩路结构,是立足于大港滩海近岸-滩涂地表条件而设计,采用对拉板桩结构、插入式箱型进海路结构技术,实现了单体构件陆上预制、海上组装、块石充填、现浇路面。由于单体构件轻(2.5~5 t/件),解决了滩涂水浅大型机具无法进入施工的难题。深化实体结构进海路结构特征研究以及全领域工程设计优化,涵盖以下具体内容:(1)单侧板桩的踢脚稳定性计算 。(2)水平抗滑稳定性计算。(3)抗倾覆稳定性计算。(4)整体圆弧滑动稳定性计算。(5)地基应力计算。(6)护面和护底块石的重量计算。最终实现插入式箱型进海路结构(图8)、“对拉板桩”进海路工程的建造(图9)。
2.6.2 透流结构进海路
透流结构进海路是立足于大港滩海滩涂3.0 m水深条件而设计的,考虑到渤海湾地区的潮汐作用以及沿岸水流作用,可最大限度地实现沿岸水流的自然流动性并减少水流对沿岸的破坏,设计满足洋流要求。利用负压原理设计底部裙板,利用桥洞原理设计上部过流箱涵,陆上整体预制,海上安装,完善了结构设计计算理论,与传统的高桩栈桥相比,路面可漫水,能与不同高程的实体进海路顺畅衔接,便于管缆铺设,而且透流路段实现两侧海水交换,减缓了淤积速度,保护了海洋生态环境(图10、图11)。
2.6.3 大港滩海域人工岛
大港滩海域人工岛依据不同方位波浪力采用不等强度抛石斜坡堤设计。围埝上部设置挡浪墙,岛内回填砂和碎石。相比传统的桩基结构等人工岛建造技术,工程造价更经济,施工更便捷。同时,配套研发了控制沉降的传力销、筒基船舶停靠点、管道进出岛、消防取水等新型专利结构,满足了人工岛油气开发功能需求。人工岛建造关键技术为:
(1)不等强度围埝建造技术:围埝结构断面采用差异性设计,减少砂石用料。
(2)传力销控制不均匀沉降技术:解决软土地基上大体积混凝土不均匀沉降的问题 。
(3)消防集水井技术:利用围埝内孔隙水满足消防用水,不占用岛面面积。
(4)船舶应急停靠及管线进出岛技术:解决淤泥质地基管线进出人工岛稳定性差的难题。
2.6.4 大港滩海域海上钻井平台
赵东合作项目是中国石油天然气集团有限公司开始较早的对外合作项目之一,目前其开发区块范围涉及大港滩海域两个(C/D区块、C-4区块)开发区。赵东平台设有钻井(ODA)和生产(OPA)两座平台:钻井平台主要集钻井、修井、采油、单井计量、生活等功能于一体;生产平台主要集油气水处理、储存、外输、发电等功能于一身。两座平台之间的管线和电缆通过栈桥连接,同时便于工作人员往来,他是将钻井、采油、集输、处理等多项功能融为一体的大型化综合石油工程平台。
大港滩海域海上油田建设特色技术为埕海油田的开发奠定了坚实的基础,将高难度海域油田施工建设成为现实,目前已经投入开发的赵东平台、埕海1-1、埕海2-2人工岛以及多座沿岸滩涂及水域的人工井场及地面工艺系统设施,为埕海油田年产百万吨油气做出了重要贡献。同时,大港滩海域海上油田建设特色技术为今后中北部的滨海和新港油田开发与油田建设储备了技术、积累了宝贵的经验,是大港滩海域油田优质、高效开发的重要保障。
The authors have declared that no competing interests exist.
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