深水完井技术

深水完井技术

摘要：近年来，全球新增油气储量逐渐转向海洋，深水海域已经成为全球油气

资源储量接替的主要领域。中国石油资源的平均探明率为38.9% 海洋石油仅为12.3%远远低于世界平均探明率73%和美国的探明率75% 因此我国海洋油气勘探开发潜力巨大,可作为油气资源战略接替区。从海上钻井方式及水深来看,海洋油气的开采逐步趋向深海化,钻井深度已由20世纪70年代的500m发展到3000m。随着勘探开发技术的不断进步,海洋深水油田在不同的时期有着不同的定义,而不同地区或公司对深水的标准也不同。目前,水深600~1200m为深水1200~3000m为超深水。深水完井技术是深水油气资源高效、经济开采的重要保障。因此,研究智能深水完井所具有的特点,把握其发展趋势,对于促进我国石油工业可持续发展、增加油气产量、保障能源安全具有重要意义。完井作业是深水油气井投产之前的最后一关，也是最大限度提高深水油气田产量的关键。

1 深水完井特点

从本质上说，水的深度对完井技术的影响不大，水下完井与陆上完井在一定程度上来说基本没有区别。但是，深水油气田也有自身独特、复杂的地质

条件，这在另一方面也决定了深水区域的完井方法也需要适当改变。

1.1 费用昂贵

与浅水以及陆上油气田相比，深水区域的钻井装置租金昂贵，这就要求施工队伍合理安排工作，尽量减少窝工时间，缩短工期，这对于降低施工成本是非常重要。同时也意味着完井方式越简单越好，越利于后期修井作业越好。

1.2 受水合物影响

在海洋中，气体水合物的形成需要一定的温度压力条件，深水区能够满足这一条件，并能够使其稳定存在。因此，我们在完井期间，安装采油树的时候必须采取措施，避免气体水合物对完井作业的影响。目前国际上普遍所采取的措施为坐放水下采油树之前在井口头内先注入甲醇和乙二醇以防止水合物的生成。

1.3 完井步骤

深海油气田的完井工作包括 5 个步骤，如下所示：

（1）上部完井；

（2）中部完井；

（3）下部完井；

（4）智能完井；

（5）合理选取水下采油树。

深水完井工序中最主要也是操作最复杂的部分是中部完井和智能完井。

2 深水完井技术现状

深水油气田常用的完井方法

深水完井主要追求的目标是更高的稳定产量，更长的生产期和更低的成本。深水油田的完井方法不像陆上油田多种多样，方法种类有限，主要完井方法有（1）高级优质筛管防砂完井方法（2）裸眼砾石充填防砂完井方法（3）水平井常规砾石充填完井方法（4）管内压裂砾石充填完井方法（5）管内高速水砾石充填完井方法（6）膨胀筛管完井方法（7）智能完井方法不同的地区选择的完井方法不同

但压裂充填和裸眼直接下高级优质筛管防砂是两种主流的深水完井方法。

2.1 深水完井技术中的水合物防治技术

气体水合物合成时放热，在分解时吸热。如果气体水合物在完井液中形成，释放出的热量不可避免地影响完井液的性能，造成其黏性和剪切力下降。同时，形成的气体水合物还会造成完井液的流失，最终引发井漏等安全事故。由此可见，在深水完井作业中，防止气体水合物的生成是十分必要的。近些年来，为了安全起见，国际上所采取的措施有：

（1）添加化学抑制剂

在合成气体水合物时，需要添加化学抑制剂，最常用的有有动力学化学抑制剂和热学抑制剂两种。添加动力学化学抑制剂的主要目的是减缓合成速度；热学抑制剂可以降低水表面张力，进而提高气的凝聚速度，达到抑制气体水合物的形成。

（2）采取保温措施

由于气体水合物的形成对温度有一定的要求，因此在完井作业时，在隔水管外部增加保温层。除了以上措施，还可以在控制系统中增加换热系统，自动监测温度，以满足合成要求。

（3）机械清除法

通过机械装置清楚形成的气体水合物，该方法可以有效地控制化合物的形成过程，避免短时间内形成大量的气体，保证了井下设备的安全。

2.2 智能完井技术

与传统的完井技术相比，智能完井技术在自动化程度上有了非常突出的优势，其综合了机电一体化技术、现代测控技术以及计算机与网络多媒体技术，在采油过程中可以实时地监测井下参数，对数据进行分析，通过控制系统来指导操作系统。

智能完井技术在深水油气田开发中地位非常重要。智能完井技术是把传感器放在井下随时监测井下的生产状况以及油层的参数，将测得的数据通过铺设好的通讯光缆或者电缆传输到数据分析平台，分析软件结合自动历史拟合技术以及数值模拟预测技术对数据进行分析并形成决策信息，并把信息反馈给井下，进而指导井下生产工作。智能完井技术自身具有一系列的优点，具体如下：

（1）实时监测：能够对井下作业做到实时监测，并把生产信息准确的传送到地面储存起来，这样的监测是连续的。

（2）便于油藏管理：长期的监测留下了大量的数据资源，为油藏提供了大量的可视资料，这些信息资料为油藏工程师建模提供了有力的依据，也为结构复杂的油藏提供了可靠参考。

（3）加大油气资源的开采力度，提高作业效率；并设置控制阀，对不同油层实施分段控制，在生产过程中如果出现水或气的锥进现象，通过控制系统对控制阀进行实时监测，并控制其开关，调整层段流量来减缓水或气的锥进进而提高作业效率。

（4）在一定程度上降低了基础设备与生产过程中的花费，节约了成本；智能完井技术可做到在可控的情况下多层合采，因而可减少钻井数目，降低油田开发成本；油井的开采过程中存在着一些隐患，实时监测可以及时的发现这些问题并在第一时间内解决，这样就大大降低了维修费用。

（5）充分利用自然的力量，可以利用循环技术或者废弃储存的能量来进行施工作业。据上述可知，智能完井技术可大大降低油井建设与维修费用，适用于高消费的油气开采作业。现在智能完井系统可以实现智能检测，并记录储存数据，该系统包括监测、数据传输和控制三方面。其中控制系统分别控制地面决策与井下施工作业。墨西哥湾某深水油井采用智能完井技术进行多层合采，根据实际数据我们验证了多层合采明显优于按序开采。该智能完井系统由两个分别控制底部层段和上部层段的控制阀组成，根据每层段的水位情况关断或开启控制阀。采用这一技术之后，产油量大大增加。

2.2.1智能完井技术存在的技术难点

井底传感器及测量技术、信息双向传输技术、接口技术以及井底机械的控制技术是智能完井技术需要解决的三大技术难点其中恶劣的工作环境是需要克服的最大的难点。油嘴、封口以及控制线都很容易受恶劣环境的影响而发生腐蚀现象，同时，设备之间的相互干扰也是恶劣的环境造成的。设备的许多器件长时间在高温高压的环境下工作，也会出现一定程度的破损。上述这些情况都很难避免地造成智能完井系统出现非正常工作，影响其功能的正常发挥。

(1)突破关键技术

就我国目前的传感器、信号通信系统以及电子元件的质量而言，其很难在高温、高压以及腐蚀性强的环境中长时间可靠、稳定地运行。但是，我国的某些单项技术目前是比较成熟的，我们应当充分调研，取长补短，集中优势力量，实现技术集成，最终在关键技术方面达到突破。

(2)保障仪器封装的可靠性

认真做好井下仪器的封装，防治因石蜡以及砂石进入堵塞或者仪表功能失效的事故发生。密封器件容易受高温环境的影响发生老化，甚至变形，最终造成泄漏。

(3)智能仪器能适应井底恶劣环境

深水井底的环境是非常复杂的，除了高温、高压之外，还存在砂石、腐蚀性强的成分，这就要求井底仪器必须具有耐高温、耐高压及抗腐蚀的能力。同时，对于移动的设备还应该具有一定的抗磨损能力。

(4)采用行之有效的微机械系统

由于井底空间的限制，在井眼小空间内安置电子仪器、传感器及各种执行元件，并且安全固定电缆、封装接口，必须采用微机械系统。

国外大量的应用实例表明，智能井系统能够解决油气井生产过程中存在的很多难题，设备性能可靠，而且经济回报丰厚。然而，在我国完井技术还比较落后、自动化程度不高、作业周期长、成本高、效率低，完井所采用的仪器设备也存在着诸多缺陷，与国外当前智能完井技术的发展水平相比有着相当大的差距。

2.3 深水压裂充填完井技术

在深海区域，为了使大位移井压裂充填完井顺利完成，技术工作人员将陶粒作为压裂充填材料，并在筛管中填充砾石，在此基础上将压裂与胶液充填两种技术充分的结合起来，在施工作业中按照最优化设计实施，以确保作业的顺利完成。

（1）技术原理:海洋石油完井有所规定，在深海区域，下部压裂充填完井作业总