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                    中国陆上深井超深井钻完井的现状和面临的挑战

                    作者: 时间:2021-03-18

                    【石油技术542】中国陆上深井超深井钻完井的现状和面临的挑战(中国石化已完钻7000m以上272口井、8000m以上33口井)

                    一、总体现状

                     

                    中国深井和超深井钻井开始于20世纪60年代和70年代,到90年代末实现了规?;龃⑸喜?。中国陆上深井尤其是超深井主要分布在塔里木盆地和四川盆地,由中国石油和中国石化主导油气勘探开发业务。

                     

                    1966年,在大庆油田钻成第1口深井——松基6井,井深4719m。1976年,在西南油气田钻成第1口超深井——女基井,井深6011m。1978年,在川西北中坝构造钻成第1口超过7000m的超深井——关基井,井深7175m。2000年以来,深井超深井钻完井技术快速发展,不断刷新井深纪录。2006年,钻成塔深1井,井深8408m。2016年,钻成马深1井,井深8418m。2017年,钻成顺北评2H井,井深8433m。2019年,钻成顺北鹰1井,井深8588m。2019年,钻成亚洲最深井——轮探1井,井深达8882m。

                     

                    从深井超深井数量上看,进入“十二五”呈明显上升趋势,但受低油价影响2015年以后明显减少。

                     

                    从深井超深井钻井指标上看,中国石油深井的平均井深为5540m左右,超深井的平均井深为6748m;平均钻井周期逐年缩短,深井已不足105d,超深井为125d左右;平均机械钻速逐年提高,2019年深井达到5.66m/h,超深井达到4.64m/h。

                     

                    截至2019年底,中国石化已完钻7000m以上272口井、8000m以上33口井。深井超深井的钻井周期显著缩短,平均机械钻速较2018年提高1倍左右。

                    二、面临的挑战




                    中国陆上深井超深井地质条件复杂,钻井安全风险大、周期长。尤其是,塔里木盆地和四川盆地超高温超高压、多压力体系、地层坚硬及可钻性差、富含酸性流体等问题共存,面临一系列世界级的深井超深井钻完井技术难题,安全优质高效钻井最具挑战性。
                    1)地质条件复杂,钻井时效低,安全风险大。塔里木盆地地层古老,存在山前高陡构造(地层倾角高达87°)、断裂破碎带,发育复合盐膏层(厚达4500m)、巨厚泥页岩、煤层、异常高压盐水层、缝洞型高压油气层等。四川盆地陆相地层胶结致密,须家河地层高压、自流井地层易漏,海相地层发育高压盐水层,地层压力高(压力系数高达2.4以上)。单井复杂故障及处理时间高达470d,甚至有些井未能钻达地质目标。

                    IMG_256二、面临的挑战




                    中国陆上深井超深井地质条件复杂,钻井安全风险大、周期长。尤其是,塔里木盆地和四川盆地超高温超高压、多压力体系、地层坚硬及可钻性差、富含酸性流体等问题共存,面临一系列世界级的深井超深井钻完井技术难题,安全优质高效钻井最具挑战性。
                    1)地质条件复杂,钻井时效低,安全风险大。塔里木盆地地层古老,存在山前高陡构造(地层倾角高达87°)、断裂破碎带,发育复合盐膏层(厚达4500m)、巨厚泥页岩、煤层、异常高压盐水层、缝洞型高压油气层等。四川盆地陆相地层胶结致密,须家河地层高压、自流井地层易漏,海相地层发育高压盐水层,地层压力高(压力系数高达2.4以上)。单井复杂故障及处理时间高达470d,甚至有些井未能钻达地质目标。

                     

                    IMG_256IMG_256

                    2)深井超深井普遍存在超高温、超高压,钻井仪器及工具、钻井液及材料等面临严峻挑战。大庆徐家围子地区古龙1井井底温度高达253℃、地温梯度高达4.1℃/100m);顺托1井钻遇地层压力达170.0MPa。
                    超高温超高压带来的主要问题有:套管及水泥环封隔地层失效,致使环空带压;钻完井工具及井下仪器等对耐温耐压能力要求高,故障率显著上升,有些地区井下仪器的故障率曾高达60%;钻井液处理剂及材料易失效,流变性及沉降稳定性差,性能调控、井壁稳定、防漏堵漏等难度大;水泥浆控制失水、调控浆稠化时间等困难,增大了固井施工难度及风险。
                    3)地层压力体系多,钻井液密度窗口窄,井身结构设计和安全钻井难度大。存在多套压力系统,易漏失层、破碎带、易垮塌、异常高压等地质条件复杂,必封点多,井身结构设计难度大;缝洞型储层溢漏共存,溢漏规律尚待认识,油气侵及溢流发生快、早期特征不明显,安全钻井风险高。
                    4)地层坚硬可钻性差,机械钻速低,钻井周期长。元坝地区上部陆相地层、西北地区麦盖提等,地层硬度多为20005000MPa,可钻性级值为610级,有些地层的平均机械钻速只有约1m/h。二叠系火成岩漏失、志留系泥岩坍塌等,导致岩屑上返困难,蹩跳钻、阻卡等现象严重。
                    塔里木博孜砾石层巨厚(5500m),砾石含量高、粒径大(10~80mm,最大340mm),岩石抗压强度高(目的层180~240MPa)、研磨性强(石英含量40%~60%),致使常规PDC钻头进尺少、寿命短,牙轮钻头机械钻速低、蹩跳钻严重。
                    5)地层富含酸性流体,对固完井及井筒完整性等要求高。深部碳酸盐岩地层富含硫化氢、二氧化碳等高酸性流体,四川元坝地区储层硫化氢含量为3.71%6.87%、二氧化碳含量为3.33%15.51%。高酸性环境对套管及固井工具性能、水泥环长期密封性、井筒完整性等都提出了更高要求。

                     

                    2)深井超深井普遍存在超高温、超高压,钻井仪器及工具、钻井液及材料等面临严峻挑战。大庆徐家围子地区古龙1井井底温度高达253℃、地温梯度高达4.1℃/100m);顺托1井钻遇地层压力达170.0MPa。
                    超高温超高压带来的主要问题有:套管及水泥环封隔地层失效,致使环空带压;钻完井工具及井下仪器等对耐温耐压能力要求高,故障率显著上升,有些地区井下仪器的故障率曾高达60%;钻井液处理剂及材料易失效,流变性及沉降稳定性差,性能调控、井壁稳定、防漏堵漏等难度大;水泥浆控制失水、调控浆稠化时间等困难,增大了固井施工难度及风险。
                    3)地层压力体系多,钻井液密度窗口窄,井身结构设计和安全钻井难度大。存在多套压力系统,易漏失层、破碎带、易垮塌、异常高压等地质条件复杂,必封点多,井身结构设计难度大;缝洞型储层溢漏共存,溢漏规律尚待认识,油气侵及溢流发生快、早期特征不明显,安全钻井风险高。
                    4)地层坚硬可钻性差,机械钻速低,钻井周期长。元坝地区上部陆相地层、西北地区麦盖提等,地层硬度多为20005000MPa,可钻性级值为610级,有些地层的平均机械钻速只有约1m/h。二叠系火成岩漏失、志留系泥岩坍塌等,导致岩屑上返困难,蹩跳钻、阻卡等现象严重。
                    塔里木博孜砾石层巨厚(5500m),砾石含量高、粒径大(10~80mm,最大340mm),岩石抗压强度高(目的层180~240MPa)、研磨性强(石英含量40%~60%),致使常规PDC钻头进尺少、寿命短,牙轮钻头机械钻速低、蹩跳钻严重。
                    5)地层富含酸性流体,对固完井及井筒完整性等要求高。深部碳酸盐岩地层富含硫化氢、二氧化碳等高酸性流体,四川元坝地区储层硫化氢含量为3.71%6.87%、二氧化碳含量为3.33%15.51%。高酸性环境对套管及固井工具性能、水泥环长期密封性、井筒完整性等都提出了更高要求。

                    三、主要攻关方向

                     

                     

                    全球第1口深井、超深井和特深井都诞生于美国,陆上深井超深井主要集中在得克萨斯州(占一半以上),海上深井超深井主要集中在墨西哥湾。目前全球有80多个国家能钻深井,有30多个国家能钻超深井,表明深层超深层已成为全球油气资源勘探开发的重大需求,深井超深井钻完井技术已成熟配套。国际先进水平的深井超深井钻完井技术早已突破12000m垂深,钻机等主要装备初步具备15000m钻深能力,正在向自动化、智能化方向发展。

                     中国的深井超深井钻完井技术与国际水平还有一定差距,当前主要面临两大任务:
                    一是围绕深层超深层油气勘探开发需求,以降本保质增效为目标,从安全提速入手,不断打造工程技术利器,加速技术迭代和装备配套,降低复杂时效,缩短工程周期,支撑油气勘探开发的重大发现和突破;
                    二是围绕特深井和深地研发计划,强化安全高效钻完井基础研究和重大技术攻关,将油气勘查技术能力提升到10000m及以上,支撑特深井和深地资源规?;碧接胄б婊?。深井超深井钻完井技术正在向更深、更快、更经济、更清洁、更安全、更智能的方向发展。

                     

                    主要攻关方向如下:
                    1)研制钻深12000m以上的钻机、高强度钻杆及配套装备,提升钻完井作业能力。(2)强化地球物理、测井录井、钻井工程等多学科融合,进一步准确预检测地层岩体的断层及地应力、缝洞展布、岩性及组分、地层压力系统等地质环境因素,优化钻完井工程设计,保障作业安全。(3)发展高效破岩长寿命钻头及工具、耐高温随钻测量仪器、垂直钻井工具、固完井工具等井下工具及仪器,提高机械钻速和井身质量,缩短钻井周期。(4)提高钻井液、水泥浆、压裂液等耐高温能力,提升综合性能调控技术,满足超高温超高压、复杂地层等需求。(5 发展超深水平井、多分支井、羽状井等钻完井技术,提高储层钻遇率、单井产量和最终采收率。(6)打造地面作业、井下测控等一体化平台,提高钻完井作业效率,防控作业风险。(7)加快智能钻完井、仿生井等技术研发,支撑油气井高产和稳产。

                    本文作者:苏义脑,路保平,刘岩生,周英操,刘修善,刘伟,臧艳彬,来源:油媒方

                     

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