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          中國陸上深井超深井鉆完井的現狀和面臨的挑戰

          2022-11-21


          一、總體現狀



          中國深井和超深井鉆井開始于20世紀60年代和70年代,到90年代末實現了規?;鰞ι袭a。中國陸上深井尤其是超深井主要分布在塔里木盆地和四川盆地,由中國石油和中國石化主導油氣勘探開發業務。


          1966年,在大慶油田鉆成第1口深井——松基6井,井深4719m。
          1976年,在西南油氣田鉆成第1口超深井——女基井,井深6011m。
          1978年,在川西北中壩構造鉆成第1口超過7000m的超深井——關基井,井深7175m。
          2000年以來,深井超深井鉆完井技術快速發展,不斷刷新井深紀錄。
          2006年,鉆成塔深1井,井深8408m。
          2016年,鉆成馬深1井,井深8418m。
          2017年,鉆成順北評2H井,井深8433m。
          2019年,鉆成順北鷹1井,井深8588m。
          2019年,鉆成亞洲最深井——輪探1井,井深達8882m。



          從深井超深井數量上看,進入“十二五”呈明顯上升趨勢,但受低油價影響2015年以后明顯減少。


          從深井超深井鉆井指標上看,中國石油深井的平均井深為5540m左右,超深井的平均井深為6748m;平均鉆井周期逐年縮短,深井已不足105d,超深井為125d左右;平均機械鉆速逐年提高,2019年深井達到5.66m/h,超深井達到4.64m/h。


          截至2019年底,中國石化已完鉆7000m以上272口井、8000m以上33口井。深井超深井的鉆井周期顯著縮短,平均機械鉆速較2018年提高1倍左右。





          二、面臨的挑戰




          中國陸上深井超深井地質條件復雜,鉆井安全風險大、周期長。尤其是,塔里木盆地和四川盆地超高溫超高壓、多壓力體系、地層堅硬及可鉆性差、富含酸性流體等問題共存,面臨一系列世界級的深井超深井鉆完井技術難題,安全優質高效鉆井最具挑戰性。

          (1)地質條件復雜,鉆井時效低,安全風險大。塔里木盆地地層古老,存在山前高陡構造(地層傾角高達87°)、斷裂破碎帶,發育復合鹽膏層(厚達4500m)、巨厚泥頁巖、煤層、異常高壓鹽水層、縫洞型高壓油氣層等。
          四川盆地陸相地層膠結致密,須家河地層高壓、自流井地層易漏,海相地層發育高壓鹽水層,地層壓力高(壓力系數高達2.4以上)。單井復雜故障及處理時間高達470d,甚至有些井未能鉆達地質目標。


          (2)深井超深井普遍存在超高溫、超高壓,鉆井儀器及工具、鉆井液及材料等面臨嚴峻挑戰。大慶徐家圍子地區古龍1井井底溫度高達253℃、地溫梯度高達4.1℃/(100m);順托1井鉆遇地層壓力達170.0MPa。

          超高溫超高壓帶來的主要問題有:套管及水泥環封隔地層失效,致使環空帶壓;鉆完井工具及井下儀器等對耐溫耐壓能力要求高,故障率顯著上升,有些地區井下儀器的故障率曾高達60%;鉆井液處理劑及材料易失效,流變性及沉降穩定性差,性能調控、井壁穩定、防漏堵漏等難度大;水泥漿控制失水、調控漿稠化時間等困難,增大了固井施工難度及風險。

          (3)地層壓力體系多,鉆井液密度窗口窄,井身結構設計和安全鉆井難度大。存在多套壓力系統,易漏失層、破碎帶、易垮塌、異常高壓等地質條件復雜,必封點多,井身結構設計難度大;縫洞型儲層溢漏共存,溢漏規律尚待認識,油氣侵及溢流發生快、早期特征不明顯,安全鉆井風險高。

          (4)地層堅硬可鉆性差,機械鉆速低,鉆井周期長。元壩地區上部陸相地層、西北地區麥蓋提等,地層硬度多為2000~5000MPa,可鉆性級值為6~10級,有些地層的平均機械鉆速只有約1m/h。二疊系火成巖漏失、志留系泥巖坍塌等,導致巖屑上返困難,蹩跳鉆、阻卡等現象嚴重。

          塔里木博孜礫石層巨厚(達5500m),礫石含量高、粒徑大(10~80mm,最大340mm),巖石抗壓強度高(目的層180~240MPa)、研磨性強(石英含量40%~60%),致使常規PDC鉆頭進尺少、壽命短,牙輪鉆頭機械鉆速低、蹩跳鉆嚴重。

          (5)地層富含酸性流體,對固完井及井筒完整性等要求高。深部碳酸鹽巖地層富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體,四川元壩地區儲層硫化氫含量為3.71%~6.87%、二氧化碳含量為3.33%~15.51%。高酸性環境對套管及固井工具性能、水泥環長期密封性、井筒完整性等都提出了更高要求。




          三、主要攻關方向



          全球第1口深井、超深井和特深井都誕生于美國,陸上深井超深井主要集中在得克薩斯州(占一半以上),海上深井超深井主要集中在墨西哥灣。目前全球有80多個國家能鉆深井,有30多個國家能鉆超深井,表明深層超深層已成為全球油氣資源勘探開發的重大需求,深井超深井鉆完井技術已成熟配套。國際先進水平的深井超深井鉆完井技術早已突破12000m垂深,鉆機等主要裝備初步具備15000m鉆深能力,正在向自動化、智能化方向發展。

           
          中國的深井超深井鉆完井技術與國際水平還有一定差距,當前主要面臨兩大任務:

          一是圍繞深層超深層油氣勘探開發需求,以“降本保質增效”為目標,從“安全提速”入手,不斷打造工程技術利器,加速技術迭代和裝備配套,降低復雜時效,縮短工程周期,支撐油氣勘探開發的重大發現和突破;

          二是圍繞特深井和深地研發計劃,強化安全高效鉆完井基礎研究和重大技術攻關,將油氣勘查技術能力提升到10000m及以上,支撐特深井和深地資源規?;碧脚c效益化開發。深井超深井鉆完井技術正在向更深、更快、更經濟、更清潔、更安全、更智能的方向發展。

                                                            ------本文轉自‘石油人’公眾號




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