突破7500米!刷新海洋钻井“石化深度”

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发布时间:2024-05-08

平台介绍

勘探七号是目前国内先进、国际主流的JU-2000E型自升式钻井平台,集成化、自动化、可视化程度高。平台最大作业水深122米,最大钻井深度10668米,悬臂梁覆盖范围22.86米(纵向)±4.57米(横向),作业环境温度为-10~45摄氏度,额定最大载员140人。

□ 杨 涵 周赛杰

3月12日13时,由上海海洋石油局勘探七号承钻的海域某调整井完钻井深达7504米,较原纪录提升1002米,标志着中国石化海洋钻井进入7500米时代,海洋超深井钻探能力和配套工艺有了新的突破。

挺进7500米以深的海底,需要耗费5只钻头、连接800余根钻杆,穿透7套地层;井底压力67.73兆帕,是家用高压锅运行压力的近1000倍……这个深度的钻探,对工艺设计、钻井装备、操作技能,都是一次艰难的综合考验。

一深带万难

此次完钻的井属于大位移井,井眼轨迹为S形。这种井的垂深大、水平位移大,大位移井技术是目前中国石化在海上滚动扩边、快速建产的重要手段。钻探大位移井的钻头并非直达目的层,而是如同“3D版贪吃蛇”,按特定轨迹精准穿梭,瞄着油层去、闻着油味钻。

“海域大位移井仅占开发井总数的15%,但油气产量占比却达到32%。相比直井,大位移井性价比高,但钻进难度更大。以扭矩这个衡量难度的重要指标来说,该井最大扭矩达65千牛·米,相当于用1米杠杆撬动4辆小轿车的力才能使钻头旋转起来。”勘探七号平台经理周赛杰说。

按照国际通用标准,井深超过6000米即为超深井,钻井难度随着钻井深度呈指数级增长,泵压高、扭矩高、悬重高,钻探井超深、水平位移超大、裸眼井段超长的“三高”“三超”挑战,是钻探这口井时面临的一道道坎。

井底起钻吨位为265吨,相当于用一根直径0.5米的钢丝绳,支撑起5架C919大飞机的重量,难度可想而知。由于钻穿层系多,若出现压差卡钻,可能导致井眼报废,造成极大的安全风险和经济损失。因此,钻井队在作业前进行了充分的技术交底,摸透每套层系、每个井段的“脾气秉性”,根据不同地层岩性更换适配钻头,调整钻井液配比,保证每一米进尺都安全稳定。

此次二开套管裸眼段长4349米,是勘探七号平台截至目前所钻探的73口井中裸眼段最长的井。“超长裸眼段,意味着出现井壁坍塌、套管粘卡、井漏等复杂状况的概率高。”钻井队队长雷新明说,“平台人员在开钻前就对钻井关键设备进行了专项维护保养,作业期间安排专人坐岗值班,保证设备安全运行。”

如果把钻井液泵比作钻井的“心脏”,那么井眼、钻井液和岩屑分别是“血管”“血液”和“垃圾”。随着钻井深度增加,需要提高大排量钻井液的携砂能力。钻井队完成了3台泵9个6英寸缸套的更换工作,保证钻井液连续循环,防坠沉砂,使井眼清洁通畅。

工欲善其事,必先利其器

承钻这口最深井的勘探七号是由我国自主建造的自升式钻井平台,最大作业水深122米,最大钻井深度10668米,自2016年投产以来,总进尺达26.5万米,在高难度大位移井作业中积累了丰富的钻井、完井、修井一体化经验。

作为挺进深蓝的“大国重器”,勘探七号平台配备了国际先进的动力、钻井、井控和升降系统,生产更“智慧”、管控更高效,是中国石化目前最先进的海上石油钻井平台之一,已10次打破中国海油海上最短钻完井周期纪录,擦亮了海域作业的“金字招牌”。

这些高科技智能化的装备都藏在哪儿?井架上的双电机大功率顶驱最大输出扭矩达128千牛·米,最大转速达220转/分钟,“tool face”工具面模式能精确调整钻具旋转角度并进行自动锁定。司钻房内配有自动钻进系统,是平台的“智慧大脑”,司钻只需设定好参数,系统就能够集中控制顶驱、钻井绞车、猫道机、泥浆泵等大型钻井设备,相比人工更精准高效。钻台上配有离线接立柱功能,可实现边打钻边接钻具,相比传统接立柱,平均每4500米能节省近30小时。平台的DIS系统(电子安全防碰报警系统)好比给设备加了“电子围栏”,防止作业中因人工误操作产生的设备碰撞、损坏等。泥浆泵配有电子安全阀系统,当泵压达到设定的最大值时能自动降低脉冲,防止憋泵,有效保证钻井作业的安全性。

作业人员也是提质增效的关键一环。工程队伍具有甲级资质,平台从副司钻、司钻、钻井领班到平台经理等各岗位人员加强井下故障复杂预控工作,在防漏、防卡、防喷等各环节提前做好相应处置预案。在JSA风险分析会上,为提前评估施工风险,技术人员通过“海上融合共建党支部”与甲方、第三方认真细致地做好技术交底,同时积极总结以往作业中遇到的复杂工况相关经验,以精细的操作方法和过硬的钻井服务水平保障每一次作业高效安全。

技术,打开深海宝藏的密钥

前方叩问深蓝不停,后方科研攻关不止。每一次高效钻探的背后,都离不开精密复杂的钻井工艺设计,对于中深海钻井更是如此,一套完整的钻井设计包括工程地质风险评价、机具能力分析、井眼轨迹及井身结构设计、钻井液设计等10余个环节。近年来,海洋油气资源持续滚动勘探开发,大位移井作业正向着水平位移5000~8000米、完钻井深7000~10000米进军,这对工程设计和技术革新提出了更高要求。

2020年前,上海海洋石油局的海上大位移井作业有过一段沉寂期,由于实施井次少、钻井周期长、作业成本高、复杂情况频发,科研人员一度望“油”兴叹。为解好“海上大位移井”这道难题,上海海洋石油局抽调精锐力量,成立专家组和现场支持小组,以解决各类难点和消除隐患为突破口,对前期实施的大位移井认真复盘,对恶性卡钻事故井敢于“刮骨疗毒”,并积极向系统内外同行取经,不断完善整改提升方案。

同时,为铸就中深海钻探的科技“利剑”,科研人员不断解放思想,在工程设计优化、井筒工作液改进、降摩减阻等方面孜孜求索,打出一系列科研攻关“组合拳”:设计阶段,采用“拟悬链线+圆弧”轨迹设计技术,即模仿两端固定自然下垂悬链线的形式设计轨迹,有效降低摩阻、缩短进尺;浅部井段,建立坍塌周期模型预测井眼安全裸露时间,“大扭矩马达+PDC(聚晶金刚石复合片)”的钻具组合提升机械钻速55.72%,将海水开路钻进深度提升到3000米;中部花港-龙井组井段,优选封堵剂增强井壁稳定性,解决杂色泥岩井段垮塌问题,三开井段延伸极限提升620米;深部高强度难钻地层,针对不同抗钻特性匹配相应钻头和提速工具参数,形成工区普适的提速钻具组合模板。

技术的突破,增添了向更深层进军的底气。上海海洋石油局海上大位移井作业也实现了从“打不成”,到复杂地层“打得远”、易塌地层“稳得住”、坚硬地层“破得开”、边际储量“够得着”的重大跨越。2021年以来,大位移井作业平均机械钻速提高84.06%,复杂时效降低74.8%,平均钻井周期缩短37.09%,节约成本约1.8亿元,新增动用储量超100亿立方米,相关攻关成果获中国石化科技进步奖三等奖、上海市科技进步奖二等奖。(来源:中国石化报)

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