深水完井技術(shù)

深水完井技術(shù)摘要：近年來，全球新增油氣儲量逐漸轉(zhuǎn)向海洋，深水海域已經(jīng)成為全球油氣資源儲量接替的主要領(lǐng)域。中國石油資源的平均探明率為38.9%海洋石油僅為12.3%遠遠低于世界平均探明率73%和美國的探明率75%因此我國海洋油氣勘探開發(fā)潛力巨大,可作為油氣資源戰(zhàn)略接替區(qū)。從海上鉆井方式及水深來看,海洋油氣的開采逐步趨向深海化,鉆井深度已由20世紀70年代的500m發(fā)展到3000m。隨著勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進步,海洋深水油田在不同的時期有著不同的定義,而不同地區(qū)或公司對深水的標準也不同。目前,水深600~1200m為深水1200~3000m為超深水。深水完井技術(shù)是深水油氣資源高效、經(jīng)濟開采的重要保障。因此,研究智能深水完井所具有的特點,把握其發(fā)展趨勢,對于促進我國石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、增加油氣產(chǎn)量、保障能源安全具有重要意義。完井作業(yè)是深水油氣井投產(chǎn)之前的最后一關(guān)，也是最大限度提高深水油氣田產(chǎn)量的關(guān)鍵。1深水完井特點從本質(zhì)上說，水的深度對完井技術(shù)的影響不大，水下完井與陸上完井在一定程度上來說基本沒有區(qū)別。但是，深水油氣田也有自身獨特、復(fù)雜的地質(zhì)條件，這在另一方面也決定了深水區(qū)域的完井方法也需要適當(dāng)改變。1.1費用昂貴與淺水以及陸上油氣田相比，深水區(qū)域的鉆井裝置租金昂貴，這就要求施工隊伍合理安排工作，盡量減少窩工時間，縮短工期，這對于降低施工成本是非常重要。同時也意味著完井方式越簡單越好，越利于后期修井作業(yè)越好。1.2受水合物影響在海洋中，氣體水合物的形成需要一定的溫度壓力條件，深水區(qū)能夠滿足這一條件，并能夠使其穩(wěn)定存在。因此，我們在完井期間，安裝采油樹的時候必須采取措施，避免氣體水合物對完井作業(yè)的影響。目前國際上普遍所采取的措施為坐放水下采油樹之前在井口頭內(nèi)先注入甲醇和乙二醇以防止水合物的生成。1.3完井步驟深海油氣田的完井工作包括5個步驟，如下所示：（1）上部完井；（2）中部完井；（3）下部完井；（4）智能完井；（5）合理選取水下采油樹。深水完井工序中最主要也是操作最復(fù)雜的部分是中部完井和智能完井。2深水完井技術(shù)現(xiàn)狀深水油氣田常用的完井方法深水完井主要追求的目標是更高的穩(wěn)定產(chǎn)量，更長的生產(chǎn)期和更低的成本。深水油田的完井方法不像陸上油田多種多樣，方法種類有限，主要完井方法有（1）高級優(yōu)質(zhì)篩管防砂完井方法（2）裸眼礫石充填防砂完井方法（3）水平井常規(guī)礫石充填完井方法（4）管內(nèi)壓裂礫石充填完井方法（5）管內(nèi)高速水礫石充填完井方法（6）膨脹篩管完井方法（7）智能完井方法不同的地區(qū)選擇的完井方法不同但壓裂充填和裸眼直接下高級優(yōu)質(zhì)篩管防砂是兩種主流的深水完井方法。2.1深水完井技術(shù)中的水合物防治技術(shù)氣體水合物合成時放熱，在分解時吸熱。如果氣體水合物在完井液中形成，釋放出的熱量不可避免地影響完井液的性能，造成其黏性和剪切力下降。同時，形成的氣體水合物還會造成完井液的流失，最終引發(fā)井漏等安全事故。由此可見，在深水完井作業(yè)中，防止氣體水合物的生成是十分必要的。近些年來，為了安全起見，國際上所采取的措施有：（1）添加化學(xué)抑制劑在合成氣體水合物時，需要添加化學(xué)抑制劑，最常用的有有動力學(xué)化學(xué)抑制劑和熱學(xué)抑制劑兩種。添加動力學(xué)化學(xué)抑制劑的主要目的是減緩合成速度；熱學(xué)抑制劑可以降低水表面張力，進而提高氣的凝聚速度，達到抑制氣體水合物的形成。（2）采取保溫措施由于氣體水合物的形成對溫度有一定的要求，因此在完井作業(yè)時，在隔水管外部增加保溫層。除了以上措施，還可以在控制系統(tǒng)中增加換熱系統(tǒng)，自動監(jiān)測溫度，以滿足合成要求。（3）機械清除法通過機械裝置清楚形成的氣體水合物，該方法可以有效地控制化合物的形成過程，避免短時間內(nèi)形成大量的氣體，保證了井下設(shè)備的安全。2.2智能完井技術(shù)與傳統(tǒng)的完井技術(shù)相比，智能完井技術(shù)在自動化程度上有了非常突出的優(yōu)勢，其綜合了機電一體化技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)以及計算機與網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)，在采油過程中可以實時地監(jiān)測井下參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行分析，通過控制系統(tǒng)來指導(dǎo)操作系統(tǒng)。智能完井技術(shù)在深水油氣田開發(fā)中地位非常重要。智能完井技術(shù)是把傳感器放在井下隨時監(jiān)測井下的生產(chǎn)狀況以及油層的參數(shù)，將測得的數(shù)據(jù)通過鋪設(shè)好的通訊光纜或者電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析平臺，分析軟件結(jié)合自動歷史擬合技術(shù)以及數(shù)值模擬預(yù)測技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析并形成決策信息，并把信息反饋給井下，進而指導(dǎo)井下生產(chǎn)工作。智能完井技術(shù)自身具有一系列的優(yōu)點，具體如下：（1）實時監(jiān)測：能夠?qū)伦鳂I(yè)做到實時監(jiān)測，并把生產(chǎn)信息準確的傳送到地面儲存起來，這樣的監(jiān)測是連續(xù)的。（2）便于油藏管理：長期的監(jiān)測留下了大量的數(shù)據(jù)資源，為油藏提供了大量的可視資料，這些信息資料為油藏工程師建模提供了有力的依據(jù)，也為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的油藏提供了可靠參考。（3）加大油氣資源的開采力度，提高作業(yè)效率；并設(shè)置控制閥，對不同油層實施分段控制，在生產(chǎn)過程中如果出現(xiàn)水或氣的錐進現(xiàn)象，通過控制系統(tǒng)對控制閥進行實時監(jiān)測，并控制其開關(guān)，調(diào)整層段流量來減緩水或氣的錐進進而提高作業(yè)效率。（4）在一定程度上降低了基礎(chǔ)設(shè)備與生產(chǎn)過程中的花費，節(jié)約了成本；智能完井技術(shù)可做到在可控的情況下多層合采，因而可減少鉆井?dāng)?shù)目，降低油田開發(fā)成本；油井的開采過程中存在著一些隱患，實時監(jiān)測可以及時的發(fā)現(xiàn)這些問題并在第一時間內(nèi)解決，這樣就大大降低了維修費用。（5）充分利用自然的力量，可以利用循環(huán)技術(shù)或者廢棄儲存的能量來進行施工作業(yè)。據(jù)上述可知，智能完井技術(shù)可大大降低油井建設(shè)與維修費用，適用于高消費的油氣開采作業(yè)?，F(xiàn)在智能完井系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能檢測，并記錄儲存數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸和控制三方面。其中控制系統(tǒng)分別控制地面決策與井下施工作業(yè)。墨西哥灣某深水油井采用智能完井技術(shù)進行多層合采，根據(jù)實際數(shù)據(jù)我們驗證了多層合采明顯優(yōu)于按序開采。該智能完井系統(tǒng)由兩個分別控制底部層段和上部層段的控制閥組成，根據(jù)每層段的水位情況關(guān)斷或開啟控制閥。采用這一技術(shù)之后，產(chǎn)油量大大增加。2.2.1智能完井技術(shù)存在的技術(shù)難點井底傳感器及測量技術(shù)、信息雙向傳輸技術(shù)、接口技術(shù)以及井底機械的控制技術(shù)是智能完井技術(shù)需要解決的三大技術(shù)難點其中惡劣的工作環(huán)境是需要克服的最大的難點。油嘴、封口以及控制線都很容易受惡劣環(huán)境的影響而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，同時，設(shè)備之間的相互干擾也是惡劣的環(huán)境造成的。設(shè)備的許多器件長時間在高溫高壓的環(huán)境下工作，也會出現(xiàn)一定程度的破損。上述這些情況都很難避免地造成智能完井系統(tǒng)出現(xiàn)非正常工作，影響其功能的正常發(fā)揮。(1)突破關(guān)鍵技術(shù)就我國目前的傳感器、信號通信系統(tǒng)以及電子元件的質(zhì)量而言，其很難在高溫、高壓以及腐蝕性強的環(huán)境中長時間可靠、穩(wěn)定地運行。但是，我國的某些單項技術(shù)目前是比較成熟的，我們應(yīng)當(dāng)充分調(diào)研，取長補短，集中優(yōu)勢力量，實現(xiàn)技術(shù)集成，最終在關(guān)鍵技術(shù)方面達到突破。(2)保障儀器封裝的可靠性認真做好井下儀器的封裝，防治因石蠟以及砂石進入堵塞或者儀表功能失效的事故發(fā)生。密封器件容易受高溫環(huán)境的影響發(fā)生老化，甚至變形，最終造成泄漏。(3)智能儀器能適應(yīng)井底惡劣環(huán)境深水井底的環(huán)境是非常復(fù)雜的，除了高溫、高壓之外，還存在砂石、腐蝕性強的成分，這就要求井底儀器必須具有耐高溫、耐高壓及抗腐蝕的能力。同時，對于移動的設(shè)備還應(yīng)該具有一定的抗磨損能力。(4)采用行之有效的微機械系統(tǒng)由于井底空間的限制，在井眼小空間內(nèi)安置電子儀器、傳感器及各種執(zhí)行元件，并且安全固定電纜、封裝接口，必須采用微機械系統(tǒng)。國外大量的應(yīng)用實例表明，智能井系統(tǒng)能夠解決油氣井生產(chǎn)過程中存在的很多難題，設(shè)備性能可靠，而且經(jīng)濟回報豐厚。然而，在我國完井技術(shù)還比較落后、自動化程度不高、作業(yè)周期長、成本高、效率低，完井所采用的儀器設(shè)備也存在著諸多缺陷，與國外當(dāng)前智能完井技術(shù)的發(fā)展水平相比有著相當(dāng)大的差距。2.3深水壓裂充填完井技術(shù)在深海區(qū)域，為了使大位移井壓裂充填完井順利完成，技術(shù)工作人員將陶粒作為壓裂充填材料，并在篩管中填充礫石，在此基礎(chǔ)上將壓裂與膠液充填兩種技術(shù)充分的結(jié)合起來，在施工作業(yè)中按照最優(yōu)化設(shè)計實施，以確保作業(yè)的順利完成。（1）技術(shù)原理:海洋石油完井有所規(guī)定，在深海區(qū)域，下部壓裂充填完井作業(yè)總共包括三部分，分別是壓裂充填完井作業(yè)、遷裝作業(yè)以及拆遷作業(yè)。（2）完井管柱設(shè)計:根據(jù)上述的要求，技術(shù)人員設(shè)計出合適的刮管洗井管柱和壓裂充填完井管柱。這里所提到的刮管洗井管柱主要過濾器、刮管器、井口沖洗器、隔水管清刮器和鉆頭這5部分組成。在刮管洗井作業(yè)過程中，有六個位置需要清刮，主要是射孔對應(yīng)套管段、防砂封隔器坐封位置、隔水管內(nèi)壁、沉砂封隔器坐封位置、臨時棄井橋塞坐封位置以及生產(chǎn)封隔器坐封位置。如圖1所示。圖1刮管洗井管柱組成在起鉆作業(yè)過程中過濾器的作用主要是過濾掉井筒內(nèi)完井液中所含有的碎屑。過濾器是由三個部分組成的，分別是上滑套、下滑套以及過濾短節(jié)。在鉆進過程中，液體具有阻力，處于上位的滑套受其影響關(guān)閉了過濾短節(jié)的過濾孔；在起鉆時，過濾短節(jié)的過濾孔打開，完井液通過過濾孔，雜質(zhì)就被過濾出去了。循環(huán)短節(jié)的應(yīng)用大大提高了防噴器的內(nèi)腔和油井口的清潔程度。在刮管洗井作業(yè)過程中，循環(huán)短節(jié)下滑到防噴器附近，側(cè)面的沖洗孔打開，管柱被短路，以便完成清洗工作。作業(yè)完成后，沖洗孔關(guān)閉，管柱打通，以便進行下一過程的清洗工作。壓裂充填完井管柱最主要的部分是射孔壓裂充填一趟式完井管柱，除此以外還有一些服務(wù)管柱輔助其完成作業(yè)。射孔壓裂充填一趟式完井管柱的各部分在作業(yè)過程中是有順序的，從上到下依次為射孔槍、自動丟槍機構(gòu)、液壓延遲點火頭、沉砂封隔器、篩管、盲管、地層隔離閥和頂部封隔器；完井服務(wù)管柱的結(jié)構(gòu)包括地層隔離閥開關(guān)工具、脈沖式液控循環(huán)閥、引鞋、頂部封隔器坐封工具、插入式密封單元、信號短節(jié)、壓力計、打砂孔滑套、管外壓力計。3深水完井技術(shù)發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的進步，未來的智能完井技術(shù)將會朝著精度更高，穩(wěn)定性更強的方向發(fā)展，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必將越發(fā)的復(fù)雜。目前，廣大科技人員正在探索新的道路，逐漸將智能完井技術(shù)與防砂作業(yè)系統(tǒng)、可膨脹系統(tǒng)以及多分支系統(tǒng)結(jié)合起來。此外，深水油氣井中井底高溫高壓的嚴酷環(huán)境也是擺在我們面前的重大難題。開發(fā)耐高溫高壓的深水完井技術(shù)，尤其是耐高溫高壓的完井器械是廣大石油科技者的當(dāng)務(wù)之急。4結(jié)束語深水完井是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。特別是可實時、任意調(diào)節(jié)和控制油田生產(chǎn)的深水智能完井技術(shù)的有效實施在海洋深水海域進行勘探尋找油田非常困難。而對深