超深水浅层建井关键技术创新与实践

中国南海油气资源丰富,但70 %分布在深水区域。深水钻井实践表明,60 %的钻井事故源自海底以下几百米的未成岩浅层,因此浅层建井是整个深水钻井成功的关键。针对超深水浅层存在海底土力学参数不易获取、浅层地质灾害精确预测困难、井身结构精准设计和作业安全控制不易等难题,从理论模型、室内模拟实验和现场实践等方面开展了研究。根据土体固结理论及声速梯度特征,基于浅层地震剖面数据,创建了深水浅层土体密度、抗剪强度关键参数预测模型。基于超深水模拟实验装置,建立了水下井口实时承载力模型,形成了深水浅层精准井身结构设计方法。基于地震纵波在深水浅部含气或含水地层中产生不同声速响应的特征,建立了含浅层气、浅水流地层纵波速度随水深、地层密度的双参数方程,形成了超深水浅层地质灾害预测模型。基于浅层喷射下表层导管的原理,提出了"表层导管+表层套管"二合一复合钻井作业模式。研究成果成功应用于西太平洋第一口超深水井——荔湾22-1-1井(水深为2 619.35 m)。其中,南海超深水表层导管下入深度达100.1 m,浅层表层导管安装时间仅为2.25 h,保障了荔湾22-1-1井的高效、安全作业。     

深水钻井地质灾害浅层水流问题研究

浅层水流是一种严重的深水钻井地质灾害,会延长钻井作业的非生产时间,造成巨大的经济损失,甚至导致井和平台废弃。介绍了浅层水流的概念和5种形成机理,着重描述了异常压力砂体机理,从而加深了对浅层水流灾害的认识,为研究浅层水流灾害的识别预测方法以及处理方法奠定了基础。此外,还介绍了浅层水流的识别方法和浅层水流地层独特的岩石物理特征,阐述了浅层水流的地震预测方法和预测步骤。有效控制和处理浅层水流灾害对深水钻井安全至关重要,介绍了浅层水流灾害的处理流程和3种处理方法,并提出了研究浅层水流危害的方向。      

超深水钻井浅层气识别与后评估

随着海上勘探向超深水领域发展,危及深水钻井作业安全的海洋地质灾害调查便成为重中之重,防范事故发生是确保钻井安全与降低作业成本的最有效措施.海底浅层气是引起浅层灾害的主要形式之一.超深水海底浅层气危害严重,完全识别较为困难.本文论述了超深水浅层气的危害、判断存在的依据、国内外预测方法,重点介绍了利用高分辨率2-D地震资料...     

深水浅层气地质灾害声波识别预测技术

浅层气是深水钻井作业面临的主要地质灾害,做好深水浅层地质灾害准确预测,能够为合理的钻井设计提供科学依据,进一步降低深水钻井的安全风险,为现场安全作业提供技术保障。基于声波在岩土介质中的传播速度特征,开展了深水浅层地质灾害声波特征模拟实验,揭示了海底土中浅层气的存在对岩土中声波传播速度的影响规律,以及浅层气中的压力变化对声波传播速度的影响关系,利用模拟实验结果建立了浅层气声波识别预测模板。现场应用结果表明,深水浅层地质灾害预测模型具有很好的适应性,预测精度能够满足深水钻井设计和现场施工的要求,具有很好的推广应用价值。     

南海深水钻井作业面临的挑战和对策

深海油气开采是高风险、高投资、高技术、高回报的行业。我国南海海域石油储量巨大,属于世界四大海洋油气富集区之一,其中70%储藏于深水区。南海深水钻井面临的主要挑战是:浅层气和浅层流、深水低温、深水井控技术、缺乏深水作业经验和南海的灾害环境,在分析这些挑战可能造成的危害的基础上,从浅层流控制措施、钻井液优选、水泥浆优选、深水钻井井控措施、建立台风应急预案等方面,给出了技术对策。以2006年在南海钻成的作业水深1 481 m的LW3-1-1井为例,详细介绍了深水钻井施工情况。      

深水浅层安全钻井液密度窗口预测技术及工程应用

深水浅部地层成岩性差,井眼易塌、易漏,钻井液安全密度窗口窄,安全钻井液密度窗口的精确预测是深水钻井作业安全和成功的关键。通过分析水深浅部地层地应力、成岩特征,提出了深水地层密度分段预测方法,并据此确定了深水井的3个地应力纵向剖面(上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力);建立了深水浅层塑性地层井壁坍塌压力极限应变计算模型,实现了深水浅层安全钻井液密度窗口的精确预测,并在西非赤道几内亚湾深水S1井进行了应用,确定了S1井的钻井液安全密度窗口,保障了该深水井的安全快速钻井。     

海洋深水区速度规律及速度场建立——以白云凹陷为例

崎岖海底和海洋深水区速度的复杂性导致沉积层构造畸变、深度预测难度大,严重制约了深水区的油气勘探。利用测井速度、VSP速度对白云凹陷速度结构特征和影响因素进行了分析,结果表明,地层速度与海水深度不存在必然的联系,沉积环境的差别是陆架、陆坡深水区速度异常的根本原因,陆架坡折带是界定地层速度异常的关键。理论模型正演方法研究表明,叠前相干速度反演的精度高、可操作性强,是解决速度异常的有效方法。利用测井速度、叠前相干反演速度及地震叠加速度的优势互补,建立了白云凹陷时深转换速度场,较好地解决了深水区崎岖海底造成的构造畸变问题。利用建立的时深转换速度场转换得到B19井和B20井的深度,与实际钻井深度相比,T50反射层深度误差分别为6和7m,大幅提高了海洋深水区深度预测的精度。     

南海深水钻井井控技术难点及应对措施

深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上,针对南海深水钻井井控特点和难点,结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验,详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题,研究提出了有针对性的解决方案,并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。     

西非深水JDZ-2-1井钻井工程整体风险分析

由于深水钻井具有高投资、高风险的特点,在西非深水JDZ-2-1井钻前对其进行风险评价,对做好应急备案具有重要意义。分别阐述了雷暴、暴风、波浪、潮汐、雾、水深、水下洋流、浅层地质灾害、天然气水合物、异常压力、狭?的地层孔隙/破裂压力窗口和地震因素等对深水钻井作业的影响及危害,并结合JDZ-2区块的实际自然环境和地质条件,利用层次风险评价方法（APH）,按照深水钻井常规作业的组成部分,建立钻井工程整体风险层次结构,对其进行整体风险评价。分析结果表明,JDZ-2-1井在钻井液性能受到各因素的影响较为明显时,其风险值最大,而钻进作业、取心和测井作业风险次之。该分析研究为制定应对风险的措施提供了参考。     

钻井地质力学参数空间建模技术

常规钻井地质力学参数预测方法广泛用于近井眼地层,但在推广至三维地层空间时建模精度和分辨率较低。针对此问题,基于层速度与地震属性之间存在的密切非线性映射关系,提出运用智能优化算法通过地震属性反演求取层速度的思路,据此构建了新型钻井地质力学参数空间建模技术。首先处理与分析目标工区内完钻井的声波测井和井旁地震记录等资料,针对所钻遇的各套地质层系,利用神经网络算法分层段确定工区内地震属性与层速度之间的定量映射关系,并将其推广至全工区范围内,用于预测未钻区域的层速度,进而建立目标探区三维空间上的各类钻井地质力学参数模型。在鄂尔多斯南部镇泾探区的现场应用情况表明,运用该技术建立的钻井地质力学参数三维空间模型具有较高的参数预测精度和成像分辨率,以此为基础进行的钻井工艺及措施优化具有较强的针对性和适用性。该钻井地质力学参数空间建模技术具有精度高、适用面广的特点,有利于指导钻井提速提效工作,具有推广价值。     

南海西部某井区安全钻井液密度窗口的确定

莺歌海盆地深水区地质条件复杂,为典型的高温高压区域,压力预测极为困难,溢流、卡钻甚至上漏下喷等问题时有发生。为解决上述问题,结合L-1井区的实钻情况和独特的地质条件,建立了一套基于地震层速度资料的地层压力预测模型。采取伊顿法计算有测井资料的深部井段的孔隙压力,对于缺少测井资料的浅部地层,则采取基于地震层速度的孔隙压力预测方法。采用邓金根法预测破裂压力,对于坍塌压力则在确定地应力后将其代入库伦摩尔准则可得。确定了L-1井区地层压力剖面从而预测出安全钻井液密度窗口,为合理设计井身结构,精准确定不同井段深度处的钻井液密度值提供科学指导。     

深水区地震资料处理变参数振幅恢复技术

在深水油气勘探中,海水水体的声学物理特征直接影响到后续地震资料处理及地球物理技术应用的效果。为了解决该类区域地震资料的保幅性问题,采用深水机器人、海水实验室测量及深水VSP等多种方法定量测量了地震波在海水中的速度（以下简称海水速度）,明确了海水速度具有明显的分层特征并建立了分层模型;进而基于地震波在海水、地层中振幅的衰减差异,提出了变参数振幅恢复技术,有效解决了浅水—坡折带—深水区域地震资料的保幅性问题。研究结果表明：①海水和地层的振幅衰减规律存在着巨大的差异,地震波传播相同的距离,其在海水中的振幅衰减比在地层中要弱很多;②较之于常数海水速度偏移剖面,层状海水速度偏移效果具有同相轴更为连续、信噪比更高的优点,提高了整体成像分辨率与成像精度;③在偏移距方向,近、中、远偏移距的地震振幅变化更加合理,避免了远偏移距的强振幅异常现象,使AVO属性更加合理。结论认为：①准确利用海水分层速度特征,可以使变水深区域地震成像质量得到明显的改善;②在琼东南盆地陵水深水区实际地震资料处理中,变参数振幅恢复技术获得的振幅更加均衡,同一反射地层可以被连续追踪;③该项研究成果可以为后续的储层预测和烃类检测奠定基础。     

莺- 琼盆地高温高压区域浅层气钻井风险评估与防治

准确评估浅层气地质风险并确定合理的防治措施是海上高温高压钻井井控安全控制技术的关键环节，依据浅层气对地震速度产生不同响应的原理，建立了基于浅部地层孔隙度和密度的双参数莺- 琼盆地浅部沉积物纵波速度数学模型，结合莺- 琼盆地部分已钻井的浅部地震数据和测井资料，形成了莺- 琼盆地浅部地层岩土纵波速度趋势线，预测了蓝、黄、橙、红4 个风险等级的浅层气纵波波速变化趋势，开发了莺- 琼盆地浅层气钻井风险评估图版，制定了对应的浅层气钻井风险防治方案。通过莺- 琼盆地现场实钻应用，评估精度达到90% 以上，证明了该图版在莺- 琼盆地具有较好的成熟度。     

基于地震资料的探井钻前孔隙压力预测——以伊拉克A油田为例

钻前压力预测在保障钻井安全、选取合理的钻井液密度、设计科学的井身结构、降低钻井成本和保护油气层方面都具有十分重要的意义。由于测井资料不足和地震资料的多解性,钻前压力预测的精度常常达不到钻井的要求。本次研究以伊拉克西南部的A油田为研究区,针对该区深层探井资料少和地震响应复杂的两个难点,以地震资料为基础,充分结合区域地质和浅层测井资料,从压力的成因研究出发,查明了研究区超压主要受侧向构造挤压和深部断裂引起的流体充注两种因素的控制,在此基础上优选出了基于地震资料的钻前压力预测方法,开展了井震联合上覆地层压力预测、地质一致性精细速度解释和地震速度变化率分段求取三项参数精度提升工作,预测出了深层探井侏罗系的孔隙压力系数为1.95~2.05。经钻井验证,压力预测成果与实测结果的相对误差小于3%,证实该方法能够提高钻前孔隙压力预测的精度。     

南海西部深水钻井实践

南海西部海域W区块的深水钻井作业中,低温高压和狭窄的安全密度窗口给钻井工程带来了较大的困难,容易引起井漏、溢流、环空带压、生成水合物等问题,且附近海域经常出现由内波流引起的突发性强流。针对这些问题,结合W区块的钻井地质特征,开展了深水井井身结构优化技术、随钻扩眼技术、深水井钻井液防水合物及防漏堵漏技术、环空压力预测与管理技术、内波流应对技术等方面的研究,解决了深水钻井容易发生的井漏与溢流并存、水合物堵塞管线、环空压力高和内波流损坏水下设备等问题,并成功发现了大型深水气田。     

基于各向异性深度偏移成像技术在A气田的应用

A气田构造南部和北部地震速度横向变化较大,需要利用变速成图来分析地层真实构造形态.通过各向异性的深度域速度建模和基于深变子波的深度域井震标定得到深度地震数据体,再进行构造解释、井点深度校正,最终得到变速构造图.相比于常速成图,变速成图对应气、水边界与强振幅匹配度更好,井点校正误差更小,计算的动、静储量更匹配.新钻A–B...     

深水钻井井筒中天然气水合物生成风险评价方法

综合考虑天然气水合物相平衡条件、井筒温度-压力场和地温梯度,建立了深水浅部地层天然气水合物生成区域预测方法和深水钻井中井筒内天然气水合物生成区域预测方法。分析结果表明深水浅部地层钻井比深部地层钻井生成天然气水合物的风险更大。在此基础上引入过冷度密度对不同井深处的天然气水合物生成风险进行定量评价,同时基于施工参数的无因次化建立了重点区域天然气水合物生成风险定量评价方法。实例计算表明:深水钻井中海底井口附近和隔水管下部水合物生成风险等级最高;钻井液导热系数、入口温度、排量和NaCl浓度对井筒中天然气水合物生成风险影响最大,可以根据各施工参数的敏感因子并结合现场实际情况定量优化钻井设计和施工,从而降低或避免风险。