海上石油勘探主要依靠對探井和評價井進行中途測試(簡稱DST)來求產,由於中途測試時間短(壹般為6~12h),以此求得的數據作為開發評價和工程概念設計的依據,有時會造成開發決策的失誤。
為了科學地進行油田開發評價,減少海上油田開發風險,避免因測試資料不足而造成總體開發方案和工程設計方案的失誤和經濟損失,在制定海上油田開發方案、工程方案之前進行延長測試,進壹步驗證油藏模式、測取油田實際產能、了解含水(含氣)上升趨勢、掌握儲層物性及流體性質、確定油藏動態特征及最佳生產方式和適用的采油工藝技術等是十分必要的。考慮到目前已發現的邊際油田及零散分布的見油井的開采問題,建造具有多功能、操作方便、機動靈活、對不同海況適應性強、可撤遷並重復使用的海上延長測試與早期試生產系統就提到了議事日程上(圖11-1,11-2)。
圖11-1 延長測試與早期試生產系統“Ⅰ”總布置(平面)示意圖
圖11-2 延長測試與早期試生產系統“Ⅱ”示意圖
壹、延長測試系統主要流程
延長測試與早期試生產系統的地面工藝設施取決於測試井的壓力和產量,壹般采用兩級分離技術。由於是進行連續測試,產出的原油輸送到油輪上,所以配備有外輸油泵以及安全防火系統、安全報警系統等。延長測試與早期試生產系統地面工藝流程見圖11-3。
圖11-3 延長測試工藝流程圖
延長測試及早期試生產系統在渤海灣及珠江口盆地等多個油田獲得成功應用。該系統已於2001年元月4日獲中華人民***和國國家知識產權授予的發明專利權。
二、延長測試及早期試生產系統中采用的新技術
(壹)延長測試優化了錦州9-3油田總體開發方案的主要參數
位於渤海遼東灣的錦州9-3油田是1988年發現的壹個中型重油油田,1991年11月完成油田總體開發方案編制,次年1月獲政府主管部門批準。方案設計總井數68口,建壹個人工島和兩座平臺,油田穩產期年采油量81×104m3,開采15年累積產油604×104m3。由於設計的開發井數和平臺數過多,工程基本設計投資大,經濟評價結果其效益較差,方案不能實施。
為了進行再評價,1992~1995年間又在油田主體部位進行三維地震采集和精細解釋,並完鉆錦州9-3-7、9-3-8D兩口評價井,特別是對錦州9-3-8D井進行了109天延長測試與早期試生產取得了較為準確的油層參數。依此對開發方案再次優化和修改後,使油田開發達到了中國海油規定的盈利標準,使油田在擱置8年後於1997年底正式啟動開發。
1.根據油田所在海域環境及延長測試要求,選擇測試系統
錦州9-3油田水深6.5~10.5m,平均海平面2.03m。錦州9-3-8D井延長測試目的在於對比探井、評價井DST結果,找尋DST與EDST(延長測試)之間的關系。選擇的延長測試及早期試生產系統為:自升式鉆井平臺+兩點系泊+儲油輪+穿梭油輪。
自升式鉆井平臺經改造成為可進行鉆井、延長測試與早期生產的綜合作業平臺,延長測試期間產出的原油通過具有壹定強度的撓性3”漂浮保溫軟管輸往儲油輪,再經穿梭油輪將原油外輸,原油外輸時穿梭油輪采用舷靠方式與儲油輪靠接。為了便於漂浮軟管輸油和穿梭油輪舷靠,儲油輪采用水下浮筒式兩點系泊系統。
2.延長測試與早期試生產系統中采用的新技術
該系統應用的新技術有:水下浮筒兩點系泊系統;雙筒型吸力錨;兩條油輪利用兩點系泊系統進行海上舷靠輸油;漂浮軟管用於海上延長測試等。
(1)水下浮筒兩點系泊系統
該系統用於系泊儲油輪,將儲油輪長時間系泊於海上,進行儲油作業。其系泊系統包括:水上部分有摩擦鏈、尼龍系泊纜,水下部分主要包括浮筒、系泊鏈、水泥錨(負壓重力錨)。見圖11-4。
該系統特點是結構簡單,制造、安裝、使用方便、安全可靠,易搬運,可重復利用,投資少、見效快,具有較好的經受風浪性。這項技術已於1999年10月23日獲中華人民***和國專利局授予“實用新型”專利權。
(2)雙筒型吸力錨
根據錦州9-3-8D井所在海域水淺,表土層上軟下硬,泥面下3m以內快剪強度4~8kPa、3~6m為6~20kPa的特點,采用內筒型吸力錨。
吸力錨安裝時采用遙控式抽、註水壹體泵、閥系統和沈錨狀態實時監測系統兩項新技術措施,保證施工作業順利進行(圖11-5)。
此項技術獲“實用新型”專利。
(3)兩條油輪利用兩點系泊系統進行海上舷靠輸油
海上延長測試及早期試生產期間產出的原油要輸送到儲油輪上,原油外輸時穿梭油輪要舷靠儲油輪。當原油外輸遇惡劣海況時,油輪系泊拉力超過允許值時穿梭油輪必須與儲油輪解脫。
油輪海上舷靠方式參見前面圖11-1。該項技術屬國內首創。
圖11-4 水下浮筒式兩點系泊示意圖
圖11-5 雙筒型吸力錨結構示意圖
(4)漂浮軟管用於海上延長測試
為了有效防止海上延長測試和早期試生產期間采出的原油汙染海洋環境,必須將采出的原油安全地輸送到錨泊在附近的儲油輪上。由於儲油輪處於風浪流不規則變化中,如果選用帶立管的剛性海底管道輸送,無法適應錨泊的儲油輪隨風浪流不規則的變化。另外,輸送原油的管道還應具有壹定的強度,又要易於解脫和回收。目前選擇允許抗拒強度受力為5t的撓性漂浮軟管進行海上延長測試和早期試生產,這在國內當屬首創。
3.延長測試成果及應用
1995年6月23日至10月9日錦州9-3油田進行為期109天的DST測試和延長測試,其中進行40天的延長測試,累積產油15200t。投產初期單井產量140m3/d,這壹結果明顯高於在編制最初總體開發方案時所依據的錦州9-3-1、錦州9-3.2井所確定的投產初期單井產量,見表11-2。
表11-2 錦州9-3油田產能綜合對比表
錦州9-3-8D井延長測試結果解決了油田總體開發方案中的重要參數——油井產能的認識,使得編制開發方案時提高平均單井產能成為可能。通過調整參數、重新優化後的開發方案,預測油井單井日產量指標較原總體開發方案平均單井日產量增加了約40m3。優化後的推薦方案,開發井總井數由原方案的68口減至44口,平臺數由3座減至2座,15年累積產油706.9×104m3,大大提高了油田開發的經濟效益。見表11-3。
表11-3 錦州9-3油田主要開發指標對比表
按照中國海油1997年經濟評價參數進行測算,企業稅後內部收益率15%,油田投產後4年回收投資,稅後利潤總額可達8.91億元。敏感性分析結果表明該項目具有壹定的抗風險能力。1997年11月油田開發井鉆井作業正式啟動。
(二)延長測試為經濟有效開發流花11-1油田提供了重要資料依據
流花11-1油田位於南海珠江口盆地,是壹個生物礁、灘型背斜構造圈閉,油田於1987年3月發現,原油屬高密度、高黏度重質原油。油藏類型為典型的塊狀底水油藏,油田石油地質儲量2.3×108m3,是南海珠江口盆地開發的最大油田。油田所在海域水深310m,頻繁的臺風和強勁的冬季季風以及南海特有的內波流作用構成油田所在海域復雜的海況條件。
1994年4月第壹輪綜合評價時,曾設想采用2座固定式平臺,鉆直井68口進行油田開發,經濟測算後認為經濟效益低,隨後又提出2種基本生產系統的設想方案:①常規深水導管架加張力腿井口平臺鉆60口水平井;②圓柱浮筒式綜合平臺式系泊生產系統鉆30口水平井。測算油田開發投資將達到8~10億美元,其最終經濟效益仍不明顯。
為了減少投資風險、降低開發成本和尋求經濟有效開發途徑,決定在油田不同礁體部位選擇已完鉆的常規直井(流花11-1-3井)、大角度斜井(流花11-1-5井)及水平井(流花11-1-6井)進行延長生產測試取得資料,達到進壹步加深對流花11-1油田儲層特征、油藏類型、流體性質、油井產能的認識,確定底水活躍程度、水錐形成條件及控制因素,確定油井初期產能及隨含水上升的變化,進行油田開采工藝技術試驗,揭露油田開發中可能出現的矛盾,尋找有效地開發該油田的途徑。
采用半潛式鉆井平臺+系泊系統+浮式生產儲油輪+穿梭油輪這樣壹套延長測試與早期生產系統進行。該生產系統參見本節前面圖11-2。
1.延長測試與早期生產系統采用的主要技術
a.經改裝的半潛式鉆井平臺,它具有進行鉆井、完井、修井作業功能並為電潛泵提供動力所需的發電及配電設備,外加壹套高能力的系泊系統以保證半潛式鉆井平臺在遇到百年壹遇的極值氣象條件下永久性地系泊在現場。
b.浮式生產儲油輪,是由輸油輪改造而成的,它具有生產原油、汙水處理及儲存能力,並安裝測試所需的設備。油輪的船首安裝壹個轉塔,錨鏈壹端系在油輪轉塔上,另壹端系在海底重力錨上。
c.外輸系統,即穿梭油輪采用串聯方式系泊在浮式生產儲油輪上,卸油系統包括計量設備、管路、漂浮軟管、海水沖洗卸油管、軟管吊裝系統及纜繩系統等。
d.采用重力錨系泊系統。
2.延長測試成果分析
a.延長測試結果顯示不同類型井的生產能力差異明顯,由於水平井和大角度斜井在油層內鉆穿油層段的厚度,分別為常規直井的13.5倍和5.0倍,相當於在油層中造成壹條較長的裂縫,擴大了油井與油層的接觸面,降低了井筒附近的滲濾阻力,提高油井生產能力。水平井平均日產油量為常規直井的2.6倍。
b.水平井底水上升速度較常規直井慢得多,水平井和大角度斜井由於改變了底水錐進方式,由壹個點狀錐進改變為線狀的“脊”錐進,加之生產井段長,單位長度的采油強度小,擴大了面積掃油效率,以上兩類油井的底部距離油水界面較遠。表現為水平井每天含水上升速度為0.21%、大角度斜井為0.89%、常規直井為1.45%。
c.不同類型井水驅控制儲量有明顯差別,根據各井水驅曲線計算結果,水平井水驅控制儲量最高為93.7×104m3,其次為大角度斜井26.5×104m3,常規直井水驅控制儲量僅為12.6×104m3。
3.延長測試取得的主要認識
a.水錐形成早,含水上升快,初期產量遞減快和生產壓差大,是流花11-1油田天然屬性及高速開采特有要求所決定的,是不可避免的。
b.采用先進的采油工藝開采,水平井及大角度斜井在含水較高時仍可望達到較高的產油量。
c.該油藏中垂向上的相對致密層,不足以有效地遮擋在大壓差生產條件下底水的錐進。流花11-1油田3口不同類型井成功的延長測試,為該油田有效開發提供了重要依據。
由於水平井不僅可以提高單井產量,減緩底水上升速度,而且其鉆井費用僅為常規直井的1.9倍,因此采用水平井開發可以減少投資和降低開發成本。
三、邊鉆井、邊生產、邊測試早期生產測試系統的成功應用
曹妃甸1-6油田位於渤海灣西部,是壹個由裂縫發育的混合花崗巖構成的潛山油田。1993年3月至1994年2月通過對曹妃甸1-61井多次DST測試獲高產油流。為進壹步搞清油井產能,核實油田石油地質儲量,1994年9月至11月采用壹套邊鉆井、邊生產、邊測試早期生產測試系統(圖11-6),其間***產原油15649m3,獲經濟效益1936萬元。
圖11-6 邊鉆井、邊生產、邊測試早期試生產系統配套工程示意圖
這是渤海海域首次采用該生產測試系統用於探井、評價井,邊鉆井、邊生產、邊測試,並獲得成功。由於該生產測試系統適應範圍廣,能在淺海地區較大範圍內進行開發和生產測試,完全適合渤海海域內各種油氣藏生產測試的需要,而且還具有設備安裝搬遷操作簡便和重復使用等特點。
(壹)系統主要技術創新點
為了能夠達到邊鉆井、邊生產、邊測試的目的,在曹妃甸1-6油田生產測試時采用自升懸臂式鉆井船加以改造和功能開發,使鉆井船不僅作為生產測試設施的作業平臺,而且仍保留原鉆井平臺鉆井作業功能。由於作業內容多,牽涉技術專業多,尤其是在多項作業同時進行時,所遇到的困難就更大,在解決各種技術難點的過程中,這套系統在國內外屬於首創,2001年4月5日此項技術獲中華人民***和國知識產權局授予的“技術專利”。
主要技術創新點如下。
1.改造和開發自升懸臂式鉆井船作業功能
從鉆井船甲板布置、功能區劃分、電氣水油供給、載荷核實及控制到各種相關的輔助作業都進行了設計改造。
對鉆井船整個作業甲板作了重新布置、設計,劃分了不同的功能區、防爆區,對載荷、功能進行核實,對各種工況、采油生產及測試工況進行系統的設計、安裝。此外,還對發電、供電、供熱、供氣、供水和人員食宿條件進行規劃和核實,對靠舷、吊運操作等作業也進行了設計安排。
2.建造簡易的二層井口平臺
利用曹妃甸1-6-1和曹妃甸1-6-2DS井的30”隔水導管,建造簡易的二層井口平臺。加上利用鉆井船井口升降平臺作防噴管操作平臺***三層,滿足鉆井BOP、生產井口和測試防噴管安裝操作等要求。在結構上采取2口井的隔水導管橫向連接加固和鉆井船的橫向連接加固,使平臺滿足鉆井及采油測試安全要求。在曹妃甸1-6-1進行生產測試的同時,對曹妃甸1-6-2DS井實施鉆井作業,終孔深度(斜)超過3000m。
3.生產管柱結構
為滿足生產、測試及安全要求,油井井口按照技術規範,安裝了電泵井口和采油樹。采用Y管柱,安裝電動潛油泵及井下安全閥等裝置。實際測試過程中進行了多種壓力、產量等測試,關井壓力恢復測試及高壓物性取樣等。
4.油氣處理工藝流程及輸油設施
采取最簡單化的設計並使油氣處理工藝流程滿足測試、計量、外輸等作業時的需求,而且按照安全生產規範要求設計、安裝相關器材,使流程及設施具有泄漏探測、報警、緊急關斷等功能。
(二)延長測試系統成果應用
1.修改該井根據DST測試求得的采油指數
通過兩項系統試井求得該井的采油指數平均值為529m3/MPa.d,比DST測試計算值低了約1/3~1/2。
2.確定合理工作制度及產量
根據不同油嘴與產油量變化確定該井較合理工作制度時,油嘴應在18.26mm以下,產量控制在530m3/d左右。
3.核實了油水界面和石油地質儲量
利用延長測試資料計算油水界面為2946m(以往確定的水油界面為2900m和2950m),計算該油田地質儲量400×104~420×104t,與原先采用容積法計算結果431×104t極為相近。