守住深水井喷防控线——记2020国家技术发明二等奖项目海洋深水钻探井控关键技术与装备

  在我国广袤的海域中,蕴含着解开深水油藏宝藏的密码。近10年间,荔湾3-1深水气田、流花16-2深水油田群等一系列重大油气发现相继进入工程实施和开发生产阶段。“深海一号”能源站的投产,不仅让中国拼出了深水油气自主开发的最后一块拼图,更是标志着我国深水油气田开发能力和深水海洋工程装备制造技术取得重大突破。从浅水走向深水,一项项技术的突破,一项项装备的发明,一次次数据的更新,都侵染了无数海洋石油人的钻研与汗水。获得2020年度国家技术发明二等奖的海洋深水钻探井控关键技术与装备项目正是其中的一个缩影。

  深水井喷是行业公认具有颠覆性的风险挑战。与陆地相比,深水钻探面临安全钻井压力窗口窄、地层流体侵入隐蔽、井筒大温差造成压力控制难度大,井喷风险更高。全球近30年发生了300多起严重海上井喷事故,损失巨大,西方知名石油公司在我国南海作业20余口深水井,井涌等井喷险情高达50多次。

  深水钻探井控安全是行业公认的世界性难题。要走向深海,这就是一项不得不克服的难题。中海油研究总院井控技术创新团队基于主动井控的理念,本着“早发现、早关井、早处理”原则,经过近10年潜心研究,攻克了深水井筒压力预测误差大、深水气侵隐蔽难以早期监测预警等难题。他们建立了深水多相流井控理论模型,提出了非体积膨胀原理的气侵早期监测方法,发明了“精确计算井筒压力—早期识别井底气侵—即时处置井喷风险”的井控风险防控方法,实现了深水井控关键技术和装备的源头创新。该项目共获发明专利授权35件,发表论文127篇,培养了一支深水井控技术队伍,项目成果已全面应用到了我国南海及海外多个深水油气田,保障深水钻井作业安全。

  项目主要参与人,中海油研究总院井控室首席工程师殷志明博士介绍,该项目共有以下三方面技术进步:

  一是创建了“超临界—气—液—固(水合物)”四相流深水井控理论模型,利用发明的全尺寸深水井筒流动模拟实验装置和现场应用数据验证表明,与国际通用经典“气—液”两相流井控模型相比,压力预测精度提高至90%以上,攻克了井筒压力预测误差大导致井筒压力控制困难的理论难题;发明了“精确计算井筒压力—早期识别井底气侵—即时处置井喷风险”主动井控新方法,实现了井控关键装备研发的源头创新。

  二是研发的非体积膨胀原理的井下气侵早期监测方法,揭示了井底气体侵入后钻井液的温、压、声、电、伽马响应特征,研制了基于多源信息融合的气侵早期监测装备,开发了基于海面综合录井信息的井喷预警模式识别专家系统,实现了侵入即发现,为分秒必争的压井作业赢得了宝贵时间。

  三是发明了可实现井筒环空压力自动控制的“动态压井钻进”井控装备,建立了地层压力实时反演方法,研制了钻井液密度动态调节装置,压井液密度控制误差小于0.01克/立方厘米,实现了边钻边压,解决了传统压井方法需停钻关井导致气侵处置不及时、井喷风险大的难题。

  项目成果自2011年开始在自营深水项目应用以来,目前已应用到了国内外多个深水油气田。井控技术装备成为我国海洋深水安全高效钻探的“守护神”,站好前沿哨,守住深水井喷防控线,经济效益显著。

  据中海油研究总院有限责任公司副总经理、钻完井总师李中介绍:“该项目成果的重要性不仅在于经济效益,更在于它补齐了我国深水钻探技术短板,提高了作业安全性,不仅帮助中国能源勘探走向深海,也为中国技术走向海外更有底气,更好服务国家能源安全战略。”

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