試論深水低溫固井技術的應用

溫光全（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部深圳作業公司，廣東 深圳 518000）

隨著社會競爭加劇與對石油開采需求的不斷擴大，我國大部分油田經過多年的開采，已經進入了開采的中后階段，逐步呈現出后繼乏力的頹勢，這些問題已經嚴重損害了石油的生產和油田企業的進步。近幾年來在全球的油氣資源開發中，深水油氣資源采集量在總量中占比不斷增大，是接替未來全球石油戰略的重要趨勢。海洋深水區域的環境條件復雜，深水低溫一直是困擾深水固井工程的重點問題，為了順應現代深水石油開采的趨勢，加強深水低溫固井技術的探討，解決這一難點問題勢在必行。

1 深水低溫固井技術的重要性

500m～1500m 的海域被稱為海洋深水，超過1500m 的海域被稱為超深水。深水固井面臨著極為復雜的深水環境和淺部地層情況，這也意味著深水固井工程開展的難度極大。海水深水中溫度的變化趨勢是，溫度自海平面起，隨著深度的增加而降低，至海底溫度接近零度，到達地層以后，溫度又逐漸升高。在深水低溫環境下形成的近海底地層的淺水區域，在地質沉積過程中形成的圈閉的高壓鹽水、氣等流體，在進行深水表層的套管固井的過程中，極易遭遇由于快速沉降而導致的地層壓實作用不平衡或上覆巖石厚度不同而形成高壓砂層，如果這個階段水泥膠凝狀態沒有達到一定的強度，就會產生流動的流體。在鉆井時若不慎揭開這些流體的地層，一旦控制不當，就極易造成井噴等復雜狀況。在此過程中，若深水中的流體在水泥尚未達到膠凝狀態的情況下竄入水泥漿中，會嚴重影響水泥漿的膠結，導致固井作業的失敗。這就要求深入研究深水低溫固井技術，突破深水低溫環境對于深水石油開采帶來的局限，優化深水固井工程設計，加強深水固井質量，提高深水石油開采進度。

2 深水低溫固井技術發展的難點

2.1 深水低溫固井水泥漿體系方案

固井的過程中，水泥漿的選擇十分重要。由于深水中環境復雜在進行水泥漿體系設計時，需要面對許多的變量參數，水泥漿的比例及敏感程度難以確認。通常情況下，固井中采用的水泥漿的膠凝強度隨著水泥漿密度及溫度的升高而加快，但是海底長期的低溫狀態與破裂壓力的梯度，使水泥漿水化的溫度及密度都大打折扣，會長期使水泥漿處在膠凝失重的狀態，不利于水泥漿流變性、抗壓強度和膠凝強度的發展。水泥漿強度的發展受到影響，在很大程度上會延長侯凝時間，打亂原本的稠化曲線。淺層流、淺層水的氣竄以及其他的復雜情況，對水泥漿的稠化也帶來的不小的挑戰，若無法克服，甚至會導致固井失敗。迫切需要研制出一套需要具備低溫早凝、良好的流變性能的深水水泥漿體系。

2.2 深水低溫固井工程費用高

由于深水中長期處于低溫狀態，大大延長了水泥漿達到凝固狀態的時間，也給后勤供應帶來更加嚴峻的挑戰。基于這些原因，深水固井作業費用極高，目前已經達到了每天上百萬的巨額費用，這樣的情況下意味著每時每刻工程進度的延長，都會帶來高額費用的流失。例如深水中下套管作業，在陸地的鉆井工程中，下套管的快慢對鉆井的費用影響較小，不用過于關注下套管的速度。但是在海洋深水進行鉆井作業時，下套管速度的提高，會節省2-3天的鉆井作業用時，這對于每日上百萬的高額支出來說，省下來的是一大筆費用。可是深水作業中，由于破裂壓力梯度較低等因素的影響，若下放套管的速度太快，極易出現較高的壓力而導致地層漏失。在海洋深水進行固井作業的過程中，如何實現減少侯凝時間等各個環節的突破，在保證質量的情況下節約工程用時是目前深水低溫固井作業中值得思考并必須解決的難題。

3 深水低溫固井技術發展策略

3.1 深水低溫固井水泥漿體系研究

深水低溫固井技術是我國未來石油工業發展的新領域，我國的技術發展還存在極大的發展空間，固井水泥漿的問題是現在深水低溫固井工程建設中重點需要解決的問題。我國目前應用于海洋深水區域的較為先進的水泥漿體系有兩種種類，分別是低溫泡沫水泥漿體系和低溫低密度水泥漿體系。低溫泡沫水泥漿體系具有侯凝時間短、過渡時間短的特點，對于淺層流竄流的發生有較好的抑制作用，是現在深水材料體系中發展較迅速的一種材料。然而這種材料在應用上大大增加了施工工藝的難度，還需在施工工藝上著手，重點研究使得低溫泡沫水泥漿能夠更好地發揮其功效，提高深水固井的質量。低溫低密度水泥漿能夠極好的適應海底低溫、氣竄、松軟地層，緩解高壓力下漏失、環空間隙小等問題。在這兩種材料有效應用的基礎上，還應該不斷加強對適用于低溫、無緩凝副作用的降失水劑及分散劑、防止淺層竄流的外加劑之類材料的深入研究，不斷加強和優化水泥漿的密度、抗壓、膠凝等性能，相關的技術部門投入更多的人力物力，不斷完善我國深水低溫固井材料體系的研究。

3.2 實現深水低溫固井智能化

信息化時代背景下，石油開發與勘探過程也逐漸信息化、智能化。一方面，通過構建系統化的海洋深水固井設計的軟件，能夠更加精確的對水泥漿泵注過程中的地層承壓情況、水泥漿溫度變化的情況進行模擬，綜合考察整體的海底環境狀況，精確地掌握油井包括整體的溫度、密度、淺流層流竄狀況等各方面的信息，通過對多方面變量參數的科學分析，對可能出現的狀況進行模擬，增強深水低溫固井設計方案的精確度。另一方面，深水低溫環境下，難以實現實時的人功能監測，通過設計相應的深水低溫固井系統，可以對深水低溫固井工程進行全方位、實時的遠程遙控，及時發現固井工程開展過程中包括水泥漿、機械設備等各方面存在的異常，及時做出對應的補救，降低延誤工期的風險。應當不斷提高我國海洋深水區域固井工程的智能化技術，不斷優化深水固井的設計方案。

3.3 完善深水低溫固井機械設備管理機制

深水低溫環境下，固井工程工序內容復雜，技術含量更高，對于資金與時間的消耗都更大。固井工程是一次性的，也就是說，在固井施工后沒能保證質量，便難有彌補的機會，即使有所補救，通常也需要耗費大量的人力物力。固井機械設備保持正常狀態運轉是保障固井工程進度的重要舉措，因此需要逐步建立完善的深水低溫固井機械設備管理機制。在開展固井工程之前，要明確各方責任，對需要安裝各種配件及設備，保障機械設備準備齊全并慎重地審查各個部位的配件，才能保證固井工程維持的常規運轉。若設備長期處于高負荷運作，機械損耗難以避免，會使工作效率大打折扣，難以達到理想的狀態。要不斷加強對固井機械設備的管理和監控，隨時注意監測油田固井機械設備運行的狀態。要切實保證在深水固井工作開展前對所需的各個環節的機械設備進行排查，確定設備各個環節的性能足以滿足運行工作的條件。工程建設過程中，要建立專業的團隊對設備運行的穩定狀況進行長期的監控并保持設備定期的保養工作，保證能夠及時發現機械設備運行過程中的異常狀況并作出對應的補救措施，保障深水固井工程建設過程中的安全性，最大程度的降低設備故障問題帶來的成本損耗。

4 結語

多年來我國的深水石油資源開采阻力重重，深水低溫是其中的重要阻力，目前我國針對深水低溫固井技術的研發逐漸邁入了一個新的發展階段，在這方面的投入也在不斷加大，并取得了一定的成效，但是從整體的技術實力及水平上來說，我國的海洋石油勘探實力與國際上的先進水平還存在著較大的差距。我國還需要在這方面不斷努力，努力借鑒與學習并不斷創新，開發符合我國深水低溫開采的先進的石油固井技術，實現我國深水石油勘探及開采技術整體的提高。