深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)

冉旭，陳彬

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司深水鉆采技術(shù)中心，廣東 深圳 518067；2.中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

探井是為了確定油氣藏是否存在、圈定油氣藏的邊界，或?qū)τ蜌獠剡M(jìn)行工業(yè)評(píng)價(jià)而鉆的井。而開發(fā)井是在將要開發(fā)或已經(jīng)開發(fā)的海洋油氣田上，為了開采油氣藏而鉆的井。在傳統(tǒng)的海洋油氣工業(yè)模式中勘探和開發(fā)兩階段相對(duì)獨(dú)立，探井是在油氣田預(yù)探和詳探階段所鉆的井，一般不用于油氣開發(fā)生產(chǎn)。而深水鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、日費(fèi)昂貴，深水鉆井成本一般能達(dá)到陸上鉆井成本的近百倍[1]，如果能實(shí)現(xiàn)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井，可以節(jié)省大量勘探開發(fā)投資，并加快深水油氣田的投產(chǎn)。

國(guó)外深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)從20 世紀(jì)90 年代就有應(yīng)用的案例了：巴西國(guó)家石油公司在桑托斯盆地的Lula 深水油田采用了一井多目標(biāo)鉆完井技術(shù)；英國(guó)BP 公司在墨西哥灣的Thunder Horse 深水油田采用了簡(jiǎn)易移動(dòng)式生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)；美國(guó)埃克森美孚公司在加蓬海域的Zaf iro 深水油田采用了探井井口再利用技術(shù)。國(guó)際大型油公司通過將探井改造為直井或定向井井型的開發(fā)井，實(shí)現(xiàn)了快速、靈活、經(jīng)濟(jì)的深水油氣開發(fā)。

國(guó)內(nèi)深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較晚，中海油在21 世紀(jì)初開始探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化模式探索與實(shí)踐，并逐步由淺水海域邁入深水。2021 年，我國(guó)首個(gè)深水自營(yíng)氣田陵水17-2 創(chuàng)新應(yīng)用開發(fā)模式，通過將油氣勘探過程中的探井直接用于開發(fā)生產(chǎn)，單井節(jié)約鉆井成本約2 億元，大幅縮短了氣田開發(fā)周期，助力了氣田早日投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)深水自營(yíng)氣田一體化的首次應(yīng)用[2]。2022 年南海流花區(qū)塊Y-1 井、Y-2 井成功實(shí)施探井轉(zhuǎn)開發(fā)一體化工作，實(shí)現(xiàn)了南海深水邊際中小型油氣田開發(fā)的重要技術(shù)探索。

相比傳統(tǒng)油氣上游業(yè)務(wù)根據(jù)勘探、開發(fā)、生產(chǎn)、集輸?shù)葘I(yè)板塊分別介入后分管不同的階段，深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)將探井鉆井、棄井閑置、井并重入、生產(chǎn)四個(gè)階段[3]進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃管理。按照國(guó)家相關(guān)法規(guī)，海洋鉆井在作業(yè)水深大于800 m 時(shí)，臨時(shí)棄井無需切割回收井口，因此深水探井相比淺水探井在探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)應(yīng)用上具備得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)⒖碧健㈤_發(fā)兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)緊密結(jié)合，使勘探環(huán)節(jié)向開發(fā)延伸、開發(fā)生產(chǎn)向勘探滲透為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。

1 深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化評(píng)價(jià)方法

深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)最重要的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)之一是該模式需具備經(jīng)濟(jì)性、規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn)，因此需要形成一套科學(xué)的一體化開發(fā)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法，論證開發(fā)效益可行性。同時(shí)要實(shí)現(xiàn)探井與開發(fā)井的無縫銜接，需要基于井筒完整性保障理念，形成一體化開發(fā)技術(shù)可行性評(píng)價(jià)方法，應(yīng)對(duì)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井過程中多個(gè)井筒狀態(tài)下存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 一體化開發(fā)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法

深水開發(fā)井水下井口頭系統(tǒng)受力復(fù)雜，需要具備鎖定高低壓井口頭鎖緊機(jī)構(gòu)的水下井口系統(tǒng)[4]，通常采用SS-15RLD 或更高級(jí)別的井口類型，以保證井口的密封和承載能力，預(yù)防生產(chǎn)期間井口系統(tǒng)失效的問題。帶鎖緊裝置的水下井口產(chǎn)生的井口成本和相關(guān)租賃工具費(fèi)用增加會(huì)帶來探井的額外作業(yè)成本。

探井在取得勘探發(fā)現(xiàn)后，將生產(chǎn)套管懸掛至水下井口后進(jìn)行開發(fā)，不會(huì)造成額外作業(yè)成本。但是，在生產(chǎn)尾管懸掛至技術(shù)套管后進(jìn)行開發(fā)，則技術(shù)套管需要在封隔器以上至少150 m 深度，套管鞋必須采用防腐材質(zhì)及氣密扣套管，會(huì)帶來探井的額外作業(yè)成本。

計(jì)劃轉(zhuǎn)開發(fā)井的探井在進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基于環(huán)空壓力管理需求，往往會(huì)控制技術(shù)套管外環(huán)空固井水泥返高，通過不封固上層套管鞋避免形成圈閉空間，形成環(huán)空圈閉壓力向地層薄弱點(diǎn)釋放的通道[5]。在此種方案下，若探井實(shí)際作業(yè)后沒有獲得商業(yè)發(fā)現(xiàn)，按照井筒完整性要求和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在永久棄井時(shí)需要在技術(shù)套管鞋處切割回收較長(zhǎng)的套管串，造成額外的作業(yè)工序，導(dǎo)致作業(yè)工期延長(zhǎng)，會(huì)帶來探井的額外作業(yè)成本。

一旦探井成功轉(zhuǎn)為開發(fā)井，可節(jié)省新鉆開發(fā)井鉆井工期費(fèi)用及探井永久棄置費(fèi)用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

由于勘探發(fā)現(xiàn)的不確定性，一方面探井轉(zhuǎn)開發(fā)井方案可能造成探井建井成本的上升；另一方面如果具備探井轉(zhuǎn)開發(fā)井的可行性后，可以節(jié)省大量的開發(fā)井建井成本。可以利用收益期望模型開展鉆前經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)：

式(1)～式(3)中：X為節(jié)省的開發(fā)井建井成本；Y為探井建井上升成本；E(X-Y) 為深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井可節(jié)省的期望成本。

若E(X-Y)≥0，則經(jīng)濟(jì)性上探井轉(zhuǎn)開發(fā)井方案可行；若E(X-Y)＜0，則預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益為負(fù)，原則上不可行。由上式可以看出，勘探成功概率、探井建井上升成本和開發(fā)井建井成本是影響經(jīng)濟(jì)效益主要評(píng)價(jià)要因素。

1.2 一體化開發(fā)技術(shù)可行性評(píng)價(jià)方法

(1)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井前期方案設(shè)計(jì)。計(jì)劃轉(zhuǎn)開發(fā)井的深水探井在進(jìn)行鉆前方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要以保障井筒完整性為原則。套管設(shè)計(jì)選型方面，需要根據(jù)地層流體情況圖版和腐圖版對(duì)技術(shù)套管和生產(chǎn)套管規(guī)格進(jìn)行優(yōu)選，確保套管符可以抵抗20～30 a 腐蝕。環(huán)空壓力管理方面，根據(jù)地層溫度、流體性質(zhì)和生產(chǎn)制度，確保各層套管骨架能夠抵抗由于密閉空間流體溫度變化導(dǎo)致的熱脹冷縮效應(yīng)，保障井筒完整性。并基于井筒溫度剖面，采用有限元分析方法對(duì)套管和井口伸長(zhǎng)量進(jìn)行系統(tǒng)校核，保障井口安全。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，確保井筒尺寸滿足后續(xù)生產(chǎn)開發(fā)工具器材的下入要求。

(2)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井后期可靠性評(píng)估。探井臨時(shí)棄井若干時(shí)間后，重入井口開展轉(zhuǎn)開發(fā)井工作，需要基于現(xiàn)有資料，對(duì)探井開展“是否滿足油藏要求、井筒是否滿足全壽命要求、是否存在重大風(fēng)險(xiǎn)”三個(gè)方面的評(píng)估：在油藏要求方面，利用計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備模擬油藏和井筒的物理過程和條件，預(yù)測(cè)探井轉(zhuǎn)開發(fā)井后的生產(chǎn)性能、流動(dòng)特性和工程參數(shù)，按油藏開發(fā)要求進(jìn)行側(cè)鉆；在井筒壽命要求方面，考慮環(huán)空流體內(nèi)的鉆井液固相沉降因素，評(píng)估重晶石沉降高度是否影響環(huán)空圈閉壓力釋放到地層，做好井口系統(tǒng)腐蝕狀況、連接器接觸面和密封面等界面的狀態(tài)檢查工作；在風(fēng)險(xiǎn)管控方面，全面評(píng)估井口失穩(wěn)、井筒完整性失效和人工作業(yè)管理風(fēng)險(xiǎn)[6]。后期可靠性評(píng)估技術(shù)可貫穿于開發(fā)項(xiàng)目預(yù)可研和設(shè)計(jì)各階段中，形成科學(xué)解決方案。

2 技術(shù)實(shí)踐效果分析

南海流花區(qū)塊Y-2 深水探井位于邊際小型氣田周邊，通過前期開展詳細(xì)的技術(shù)論證，可以滿足探井轉(zhuǎn)開發(fā)井要求。表1 為Y-2 深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井技術(shù)論證情況。

表1 Y-2 深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井技術(shù)論證情況

綜合評(píng)估認(rèn)為，Y-2 深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井的方案可行，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)可控，井筒完整性符合探井轉(zhuǎn)開發(fā)井全周期要求，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論與討論

(1) 分析了影響深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井的經(jīng)濟(jì)性因素，并建立了探井轉(zhuǎn)開發(fā)井經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)期望模型，確定了經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)主要因素；

(2)建立了覆蓋前期方案設(shè)計(jì)和后期可靠性評(píng)估兩階段的探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化可行性評(píng)估要點(diǎn)，有助于系統(tǒng)應(yīng)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)；

(3)經(jīng)過在南海某深水探井的技術(shù)實(shí)踐，示范了技術(shù)論證的具體流程和方法，驗(yàn)證了探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化在該井的可行性。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)深水油氣勘探開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高、投資大、周期長(zhǎng)，而深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)可以有效助力縮短深水油氣田生產(chǎn)建設(shè)周期、提高投資回報(bào)率，具有良好的推廣應(yīng)用前景。牢牢把握經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性這兩大深水探井轉(zhuǎn)開發(fā)井一體化技術(shù)關(guān)鍵因素，創(chuàng)新勘探開發(fā)一體化模式，有利于開拓深水油氣田勘探開發(fā)新思路。