李金蔓 霍宏博 林海 謝濤 林家昱

1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司；2.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

目前，渤海油田為中國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)的主力油田，邊際油田儲(chǔ)量約13×108t［1］。但海上邊際油田油藏潛力和風(fēng)險(xiǎn)并存，抵抗經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)能力差［2］，工程投資增加或儲(chǔ)量減少都將直接否定油田開(kāi)發(fā)的可能［3］。

海上邊際油田開(kāi)發(fā)的核心是經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)［4］，工程建設(shè)和鉆完井投資對(duì)油田開(kāi)發(fā)效益影響極大。減少工程建設(shè)期投資，才能使邊際油田得到經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)［5-6］，因此，提出了邊際油田勘探開(kāi)發(fā)一體化的理念，該理念需要地質(zhì)、油藏、鉆井、海工、經(jīng)濟(jì)等專業(yè)深度融合［7-8］。

海上油氣勘探開(kāi)發(fā)需要借助海洋工程設(shè)施，但工程設(shè)施建造規(guī)模又需預(yù)知勘探前景［9-11］。尤其對(duì)于邊際油田來(lái)說(shuō)，先上工程設(shè)施，如果儲(chǔ)量落空，則工程投資無(wú)法收回；若先以探井測(cè)試，即使儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)可控，探井也無(wú)法轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)井，高昂的勘探鉆完井費(fèi)用無(wú)法轉(zhuǎn)化為開(kāi)發(fā)投資，影響油田收益率?？傊?，海上邊際油田開(kāi)發(fā)在風(fēng)險(xiǎn)性和經(jīng)濟(jì)性上存在矛盾。

渤海D油田開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)初期確定了先鉆評(píng)價(jià)井再根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果決定是否安裝海洋工程設(shè)施的方案，技術(shù)的創(chuàng)新保證了方案的可行性，這是對(duì)邊際油田勘探開(kāi)發(fā)一體化的探索和實(shí)踐，對(duì)今后海上邊際油田開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

1 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和油藏開(kāi)發(fā)方案

1.1 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

渤海D油田為局部斷塊構(gòu)造，為受巖性和構(gòu)造雙重因素控制的巖性-構(gòu)造油藏。該油田兩套儲(chǔ)層分別為下新生界古近系沙河街組生屑云巖和古生界奧陶系碳酸鹽巖潛山，生屑云巖儲(chǔ)層呈層狀披覆在奧陶系碳酸鹽巖之上。

沙河街組儲(chǔ)層為濱、淺湖相生物灘，粒屑灘環(huán)境下的沉積物。井區(qū)高部位兩口已鉆探井揭示儲(chǔ)層厚度分別為31 m、20 m，而另一口探井未鉆遇儲(chǔ)層，儲(chǔ)層平面分布有較大不確定性。奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖性為泥～粉晶白云巖，主要發(fā)育在潛山頂部的溶蝕、破碎帶，潛山面下20～100 m的范圍內(nèi)。

D油田存在以下開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)：首先，沙河街組生屑云巖儲(chǔ)層橫向分布不穩(wěn)定，油層可能減薄，儲(chǔ)量規(guī)模存在風(fēng)險(xiǎn)；其次，據(jù)相似油田經(jīng)驗(yàn)，存在生屑云巖儲(chǔ)層不連通的風(fēng)險(xiǎn)；最后，潛山儲(chǔ)層存在頂部低滲透層不穩(wěn)定分布無(wú)法有效阻隔水體的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)此制訂了6套開(kāi)發(fā)方案，根據(jù)油藏?cái)?shù)值模擬，對(duì)開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，見(jiàn)表1。

表1 D油田開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)量化Table 1 Quantification of the development risks of Oilfield D

據(jù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算，表1中除方案1、方案2外，其他開(kāi)發(fā)方案均無(wú)經(jīng)濟(jì)效益，即只有儲(chǔ)層厚度不小于20 m，且儲(chǔ)層聯(lián)通、潛山低滲層穩(wěn)定分布的情況下，油藏開(kāi)發(fā)才有效益。

1.2 油田開(kāi)發(fā)方案編制

根據(jù)油田地質(zhì)特征，制定油藏開(kāi)發(fā)方案為：

(1)通過(guò)開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井A1井確定沙河街組高部位油層厚度，若厚度達(dá)標(biāo)，再實(shí)施開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井A2井；若厚度不達(dá)標(biāo)，不實(shí)施A2井。

(2)A1井先測(cè)試潛山，確定潛山水體不影響沙河街組開(kāi)發(fā)后，上返測(cè)試沙河街組，共同測(cè)試A1井、A2井約3個(gè)月，明確儲(chǔ)層連通性。

(3)若沙河街組儲(chǔ)層連通性好，A1井和A2井兩口評(píng)價(jià)井轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井，再新鉆5口生產(chǎn)井，通過(guò)7口開(kāi)發(fā)井整體開(kāi)發(fā)D油田。

(4)若測(cè)試過(guò)程中連通性、潛山水體等任何儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)將導(dǎo)致整體開(kāi)發(fā)無(wú)效益，衰竭開(kāi)采A1、A2兩口評(píng)價(jià)井回收成本后棄井。

2 邊際油田勘探開(kāi)發(fā)一體化技術(shù)實(shí)踐

傳統(tǒng)的海上油田只有油藏儲(chǔ)量落實(shí)，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)標(biāo)后才可進(jìn)行整體開(kāi)發(fā)，首先安裝導(dǎo)管架、建設(shè)生產(chǎn)平臺(tái)，再進(jìn)行鉆井、完井作業(yè)及之后的采油作業(yè)。而對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益存在極大不確定性的邊際油田，安裝導(dǎo)管架的投資占海洋工程、鉆完井投資的30%以上，若儲(chǔ)量落空，導(dǎo)管架的投資將無(wú)法收回。油田整體經(jīng)濟(jì)效益受導(dǎo)管架投資的拖累，將造成極大虧損。因此A1井、A2井兩口評(píng)價(jià)井既要達(dá)到評(píng)價(jià)油藏的目的，且需兼顧儲(chǔ)量落空風(fēng)險(xiǎn)，使投資最小化。一方面要盡量減少初期隔水導(dǎo)管的數(shù)量，并保證試采作業(yè)安全；另一方面A1井、A2井隔水導(dǎo)管需要能夠拆除，不妨礙導(dǎo)管架安裝，并能夠回接轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井生產(chǎn)。

通過(guò)優(yōu)化隔水管下入數(shù)量、簡(jiǎn)化井口保護(hù)架和應(yīng)用泥線懸掛器回接等多種新技術(shù)，使前期投資最小化，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)井轉(zhuǎn)化為開(kāi)發(fā)井，油田評(píng)價(jià)方案兼顧整體開(kāi)發(fā)方案。

2.1 隔水導(dǎo)管下入數(shù)量?jī)?yōu)化

2.1.1 水下基盤下入方式改進(jìn)

水下基盤可實(shí)現(xiàn)先鉆井再安裝導(dǎo)管架［12］，能保證導(dǎo)管架等結(jié)構(gòu)物就位時(shí)井口與導(dǎo)管架位置居中［13］。D油田采用的直角三孔水下基盤見(jiàn)圖1。

圖1 直角三孔水下基盤Fig.1 Right-angle three-hole subsea template

直角三孔水下基盤可以保證開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)階段A1井、A2井兩口井隔水導(dǎo)管在x、y兩個(gè)方向上的相對(duì)位置可控，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)也能最大程度地節(jié)省投資。水下基盤常規(guī)下入方法是通過(guò)兩根隔水導(dǎo)管定位，避免由于海流使水下基盤錯(cuò)位影響導(dǎo)管架安裝和井口回接［14］。通常需要下入兩根隔水導(dǎo)管確保水下基盤不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

但A1井未測(cè)試前，A2井鉆探的必要性不確定。若A1井評(píng)價(jià)儲(chǔ)量落空，下入兩根隔水導(dǎo)管會(huì)浪費(fèi)A2井隔水管投資并增加后期棄置A2井隔水管、棄置水下基盤的投資。

因此對(duì)水下基盤下入方法進(jìn)行了優(yōu)化，使下入的隔水管數(shù)量與A1井、A2井的鉆探需求相匹配：將水下基盤套在A1井隔水導(dǎo)管上，通過(guò)鋼絲繩固定在鉆井平臺(tái)底部，不隨隔水導(dǎo)管下入水中。若A2井可實(shí)施，再將水下基盤下入，并下入A2井隔水導(dǎo)管定位水下基盤。若A1井儲(chǔ)層厚度不理想，則通過(guò)快速開(kāi)采回收成本后只對(duì)A1井一口隔水導(dǎo)管進(jìn)行棄置，使工程投資做到有的放矢。前期只需下入一根隔水導(dǎo)管，同時(shí)最大限度避免了復(fù)雜的水下基盤回收作業(yè)［15］。

2.1.2 生產(chǎn)設(shè)備改造

無(wú)導(dǎo)管架情況下，為保證井口試采作業(yè)人員操作安全，隔水導(dǎo)管頂端在風(fēng)浪流條件下的位移不能過(guò)大。按照10年重現(xiàn)期環(huán)境荷載模擬，在少于3根隔水導(dǎo)管情況下安裝測(cè)試操作平臺(tái)都不夠穩(wěn)定。但若下入3根隔水導(dǎo)管，也將面臨隔水管無(wú)鉆井需求及增加棄置費(fèi)用的問(wèn)題。

D油田試采作業(yè)采用“采油平臺(tái)+試采井口+外輸油輪”方案。采用具備海上試油、延長(zhǎng)測(cè)試能力的海洋采油平臺(tái)［16］，對(duì)采油平臺(tái)進(jìn)行改造，在船艉部增加可收放的井口操作平臺(tái)(圖2)，可滿足試采人員操作也能對(duì)隔水導(dǎo)管施加井口約束保證隔水導(dǎo)管穩(wěn)定性。井口操作臺(tái)就位時(shí)回收，不影響就位；作業(yè)時(shí)簡(jiǎn)單安裝就可滿足測(cè)試人員日常操作。

圖2 井口操作臺(tái)改造Fig.2 Upgrading of wellhead operation board

使用ANSYS進(jìn)行有限元建模，進(jìn)行隔水導(dǎo)管穩(wěn)定性分析，隔水管在井口操作臺(tái)約束下的應(yīng)變?nèi)鐖D3所示，按照10年一遇的風(fēng)浪流載荷，井口最大位移為0.16 m，滿足人員操作安全需求。

圖3 井口操作臺(tái)約束下隔水套管的應(yīng)變Fig.3 Strain of water string under the constraint of wellhead operation board

2.2 簡(jiǎn)化井口保護(hù)架降低投資

簡(jiǎn)化導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步降低工程造價(jià)［17］，輕型平臺(tái)在淺海邊際油田開(kāi)發(fā)中，對(duì)有效提高經(jīng)濟(jì)效益意義重大［18］。

D油田海洋工程結(jié)構(gòu)采用最簡(jiǎn)單的井口保護(hù)架形式，樁腿可作為井槽鉆井，見(jiàn)圖4。

圖4 井口保護(hù)架結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of wellhead protection frame

井口保護(hù)架共有4個(gè)槽口，樁腿亦可作為井槽鉆井，除滿足7口井整體開(kāi)發(fā)的要求外，還預(yù)留1個(gè)井槽，作為風(fēng)險(xiǎn)方案的備用井槽。

2.3 泥線懸掛器保證順利回接和降低棄置費(fèi)用

A1井、A2井兩口評(píng)價(jià)井試采作業(yè)結(jié)束后，若D油田具備整體開(kāi)發(fā)條件，對(duì)兩口井進(jìn)行臨時(shí)棄置，兩口井井身結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有泥線懸掛器，隔水導(dǎo)管拆除后，控制井口出露海底泥面高度，方便井口保護(hù)架安裝。待井口保護(hù)架安裝到位后，通過(guò)泥線懸掛器與遙控接頭實(shí)現(xiàn)各層套管的回接，見(jiàn)圖5，回接后的A1井、A2井可作為開(kāi)發(fā)井納入到油田整體開(kāi)發(fā)方案中。

圖5 泥線附近井身結(jié)構(gòu)Fig.5 Casing program near the mud line

將隔水導(dǎo)管的遙控接頭設(shè)計(jì)在海底泥面以上，方便井口保護(hù)架對(duì)中；將各層套管的遙控接頭設(shè)計(jì)在泥面以下4 m。若開(kāi)發(fā)無(wú)效益，永久棄井時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)［19］要求各層套管只需從遙控接頭拔出，只需對(duì)隔水導(dǎo)管在泥面以下4 m進(jìn)行切割，節(jié)省棄置工期和費(fèi)用。

3 實(shí)施效果

A1井鉆后分析，沙河街組生屑云巖發(fā)育受古地貌影響，儲(chǔ)層厚度只有2 m，D油田不具備整體開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)條件，A1井通過(guò)側(cè)鉆至低部位快速開(kāi)采，回收成本。

雖然該油田未能整體開(kāi)發(fā)，但通過(guò)一系列創(chuàng)新，可回收大部分投資，未使投資嚴(yán)重受損。

通過(guò)合理選擇開(kāi)發(fā)方案，簡(jiǎn)化井口保護(hù)架、優(yōu)化隔水導(dǎo)管下入數(shù)量等技術(shù)共節(jié)省工程投資8 200萬(wàn)元。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)D油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐，積累了淺海邊際油田勘探開(kāi)發(fā)一體化的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)工程技術(shù)、海洋工程、地質(zhì)油藏等多專業(yè)有效溝通，開(kāi)發(fā)方案編制初期合理規(guī)劃，制定靈活的工程技術(shù)方案，最大限度地降低了工程技術(shù)和海洋工程投資。

(2)邊際油田開(kāi)發(fā)需要拓展思路，不能循規(guī)蹈矩，探井或評(píng)價(jià)井轉(zhuǎn)化為開(kāi)發(fā)井是勘探開(kāi)發(fā)一體化的重要部分；存在儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)的邊際油田，應(yīng)使工程設(shè)施建設(shè)做到有針對(duì)性投資，有的放矢，前期設(shè)計(jì)需要兼顧儲(chǔ)量落空的備用方案。