歐亞板塊、太平洋板塊、印度洋板塊

在此交匯

復雜的地質作用和演化過程

催生了數目眾多、類型各異的沉積盆地

孕育出了350億噸油氣資源

約占我國油氣資源總量的1/3

這里，便是我國南部海域

它就像一個“大熔爐”

與美國墨西哥灣、英國北海并稱

全球三大海上高溫高壓

作業難度最高的海區

制圖數據參考自《Bathymetry and Stratigraphy of the Gulf of Mexico》《Encyclopedia of Marine Geosciences》《全球海洋與海域邊界》等

與此同時

這片平均水深超過1000米的海域

還會遭受

臺風侵襲、腐蝕侵害、暗流涌動

一度被業界認為是

海洋油氣工業的“禁區”

數十年來

我國油氣工程師與這片海斗智斗勇

不斷打破“禁區魔咒”

探獲海底“寶藏”

1

油氣開發的“煉獄模式”

在地球的神秘深處

封印著一種令人敬畏的地質奇觀

——火山

它宛如一條沉睡的巨龍

潛藏著無盡的能量

一旦蘇醒

高溫高壓的熔巖便會噴涌而出

開啟自然界的“煉獄模式”

同樣

在油氣勘探的廣闊領域

也存在著這樣一片

如同火山般的挑戰之地

那就是高溫高壓油氣藏

和高溫高壓博弈

研究總院鉆完井總工程師李中

有著豐富的經驗

李中：中國海洋石油集團有限公司研究總院總工程師、鉆完井專家，入選國家“萬人計劃”的科技創新領軍人才。他帶領團隊建立的高溫高壓鉆完井關鍵技術獲評國家科學技術進步獎一等獎，被多位院士認定為“國際先進水平”。

高溫高壓到底有多“高”？

先來聽聽專家的講解

按國際通用概念，地層溫度高于150℃、地層壓力大于70MPa被歸類為高溫高壓油氣藏，地層溫度高于175℃、地層壓力大于105MPa則被視為超高溫高壓油氣藏。

這是什么概念呢？

以我國南部海域的鶯瓊盆地為例

地層最高溫度可達249℃

宛如一個“大熔爐”

在如此極端的高溫環境下

鉆桿就像煮熟的面條一樣極難控制

作為鉆井的“血液”

鉆井液需同時承受海水“低溫”

與地層“高溫”的雙重考驗

一旦發生失穩沉降

將可能引發嚴重后果

與此同時

鶯瓊盆地地層結構復雜、壓力體系多變

不同地區、不同深度的地層

壓力變化劇烈

宛如地下世界的“壓力迷宮”

勘探數據顯示

鶯瓊盆地地層壓力系數最高達2.38

相當于一艘大型艦艇

壓在一個辦公桌大小的面積上

這種超壓就像埋在地下的"火山口"

讓穿透地層時的鉆井作業

成為“極限挑戰”

不僅如此

鶯瓊盆地高溫高壓氣藏

還普遍含有高濃度的CO?（二氧化碳）

這種酸性氣體易腐蝕固井所用的水泥

加之高溫高壓環境下

鉆井井身結構的復雜性

進一步影響了固井的質量

這些因素相互交織

極大地增加了鉆井井筒發生意外的風險

使得井筒長期完整性保障變得困難

因此

在如此高的溫度、復雜多變的壓力體系

以及腐蝕性氣體的多重作用下

這里就像活動中的“火山口”

任何一個環節出現問題

都可能導致整個勘探項目功虧一簣

上世紀60年代，鶯歌海海洋地震勘探資料分析場景

然而

這樣的危險也有其迷人之處

高溫高壓環境

通常蘊藏著豐厚的油氣資源

是全球油氣勘探開發的重要區域

國土資源部《全國油氣資源動態評價》

顯示鶯瓊盆地天然氣資源量

高達15萬億立方米

約占我國南部海域總資源量的三分之一

位于鶯瓊盆地的我國海上最大高溫高壓氣田——東方13-2氣田

上個世紀80年代

為了開發鶯瓊盆地的高溫高壓天然氣資源

中國海油引進了6家國際知名石油公司

最終均落寞退場

在那之后的很長一段時間里

由于鉆完井工程風險極高、作業成功率低

鶯瓊盆地鮮有新的儲量發現

我國南部海域高溫高壓油氣資源

也因此被業界視為

鉆探領域的“煉獄模式”

2

思想與技術的多重較量

在“火山口”上反復試探

需要勇氣更需要智慧

數十年來積累的經驗教訓

讓中國海油鉆完井團隊

沉淀了一整套和高溫高壓油氣資源

打交道的方法

實現“火山口”上更加安全高效的

鉆完井作業

1從“盲人摸象”到精準畫像

攻克難題的前提是認清問題本身

首口探井作業前

只能依靠地震資料認識地層設計方案

由于高壓成因復雜且壓力變化大

以往壓力預測誤差較大

導致開鉆后意料之外的復雜情況頻發

井眼報廢率一度高達30%

為此，李中帶領團隊推動

鉆完井專業與地質專業深度融合

構建了高溫高壓異常壓力預測及控制技術

引入地震屬性、巖石物性、鉆井參數等

多源數據

并運用神經網絡

實現井下風險精準預測與動態監測

讓鉆完井作業從更多依靠感覺和經驗

到科學精準識別和規避風險

應用這項技術成果

我國高溫高壓井鉆井成功率達100%

井下復雜情況發生率

由65%降至5%以下

2馴服“火山口”的氣龍

探井打好后為了測試儲層產量

需要有控制地將地下流體引至鉆井平臺

然而海底地下“火山口”

引出的這股“巖漿”攜帶大量砂礫

能量巨大

稍有不慎可能導致設備損壞、測試失敗

甚至會給作業人員帶來巨大風險

為了更好地駕馭這條“氣龍”

鉆完井團隊研發出

有遠程動力控制、出砂監測、震動監控等

8大因素98個控制節點的安全測試系統

并“打包”為高度集成化的測試模塊

在惡劣的海洋環境下

能夠快速安裝抓住作業窗口

我國南部海域高溫高壓氣井測試成功率

因此由56%提高到100%

3打造安全可靠的海底油氣“高速路”

攻克前述種種難關后

還有最后一道關——時間

海上油氣井就像一條通向海底火山口的

油氣“高速路”

這條路需要支撐十數年乃至數十年

高溫高壓、海洋高濕環境

以及油氣流體中的腐蝕性物質

無時無刻不在考驗著這條路的耐力

為了解決高溫高壓井完整性保障問題

李中帶領團隊研發了

能適應井下惡劣環境的

“五防自修復”水泥漿體系

一旦“路面”出現裂縫

其中的某些特殊材料能夠膨脹填塞裂縫

與水泥漿一同發揮作用的

還有另外五道“關卡”

共同建立起

六級屏障井筒完整性保障模式

為海底油氣“高速路”長年健康工作

打下堅實基礎

除了以上具體的技術體系

為實現高溫高壓氣田鉆完井開發提質增效

中國海油鉆完井團隊在全生命周期

推動鉆井液、鉆井工具、作業技術等

優化升級

鉆井速度提高162%

實現我國南部海域高溫高壓井作業工期

由175天降至52天

費用降低70%

得益于這套技術的積累成熟

曾經被判“死刑”的鶯瓊盆地中深層

迎來了勘探的“春天”

2010年后

中國海油發現了7個高溫高壓氣田

2015年

在無國內外成熟經驗參照的情況下

我國海上首個高溫高壓氣田投產

2017年

超高溫高壓探井樂東10-1-3完鉆

鉆遇優質氣層

2020年11月

我國海上最大高溫高壓氣田

東方13-2氣田投產

夜幕下的東方13-2氣田

經過三十余年的

跟跑、攻關、沉淀、厚積薄發

中國海油打造了適用于我國南部海域

高溫高壓天然氣勘探的關鍵技術體系

讓我國在海洋高溫高壓鉆完井領域

搶占了世界技術制高點

3

向更深更遠的“火山口”進發

然而現實的考驗往往結伴而來

在高溫高壓鉆完井技術體系

處于摸索階段時

兩個“不合時宜”的氣田浮出水面

2014年和2015年

陵水17-2氣田

和陵水25-1氣田先后被發現

兩個區塊本應協同開發

后者卻因高壓疊加深水的

巨大開發難度被擱置

它們就是后來的“深海一號”

和“深海一號”二期

目前，我國首個自營超深水大氣田“深海一號”累計生產天然氣超100億立方米，生產凝析油超100萬立方米

與高溫高壓領域相比

深水油氣鉆探難度同樣是世界級的

受水深及海底地質條件影響

鉆完井作業面臨著

海床低溫、地層破裂壓力低

井控風險大等技術難點

例如，在深水高溫高壓鉆井作業時

位于海底的井口溫度很低

鉆井液受低溫影響流動性變差

一旦鉆到目的層

溫度會迅速升高至100~200℃

極易導致鉆井液失穩沉降

鉆井平臺正在某深水井位進行下防噴器作業，為后續深水鉆井安全筑造防線

溫度驟變對于油氣流體同樣是個考驗

當高溫流體從井下向上運移

抵達海底特殊的低溫高壓環境時

很可能產生水合物聚集堵塞井筒

此外，深海海洋環境惡劣

內波流能量強大、臺風頻發

且深海作業，裝備、人員都遠離陸地

作業動員準備時間長、窗口窄

瞬息萬變的海上天氣環境

直接帶來了更高的作業成本

鉆一口深水井的費用高達2億至3億元

是常規井的4~5倍

“深海一號”二期項目

就面臨著深水和高壓的雙重考驗

與“深海一號”相比

二期項目面臨的自然條件更加復雜

地層最高溫度達到138℃

儲層壓力超過一期的1.73倍

總鉆井進尺是一期的2.2倍

然而

二期項目的天然氣產能為一期的37%

凝析油為一期的69%

若采用常規開發手段勢必“入不敷出”

隨著海洋油氣勘探開發不斷走向深水、深層、高溫高壓等“深水區”，像“深海一號”二期這樣涉及多個開發難題的項目會越來越多。

為了解決更多復合型“疑難雜癥”

中國海油在2011年成立深水鉆完井團隊

借鑒高溫高壓鉆完井技術經驗

逐一攻破深水鉆井難題

在方案設計階段

團隊精準刻畫地層情況、匹配作業方案

盡可能識別并規避風險

作業過程中

團隊創新監測裝置和計算模型

構建“井下+海底+水下+水面”

風險識別系統

提高鉆井作業過程中的隨鉆預警能力

“深海一號”二期施工現場

對于井噴失控等情況

團隊也早有準備

作業前已制訂重大風險應急預案

應急搶險技術、救援井技術

以及自主研制的水下應急封井器

能夠給噴涌的“火山口”

加蓋能完全封堵溢流的多功能“瓶蓋”

及時防止風險蔓延

將危害降到最低

此外針對溫度巨變等深水特點研發的

全生命周期井筒完整性保障技術

和井筒流動安全保障技術

以及針對深水作業窗口短

將測試設備橇裝化

大幅縮短作業準備和應急響應時間

創新深水表層批量鉆井技術

大幅壓縮單井平均鉆井周期

很多為深水高壓難題而生的技術

也在更廣泛的領域得到應用

“深海一號”二期首口開發井告捷

2022年12月底

“深海一號”二期工程的12口開發井

陸續開鉆

2023年1月表層批量鉆井已完成

用時較計劃縮短41%

2024年9月，項目成功投產

我國深水油氣勘探開發水平再登新臺階

躋身為極少數能夠自主開發

深水高壓氣田的國家之一

目前

中國海油深海鉆井的

最大作業水深達到了2619米

創下西太平洋作業水深紀錄

最大鉆井深度超5000米

壓力超過70兆帕

溫度超過175°C

我國深水鉆井技術已經進入世界先進行列

4

駛向浩瀚的星辰大海

勘探無禁區 找油無止境

從高溫高壓到超高溫高壓

難度不斷加碼

每一項突破都書寫著國內“首次”

我國海上首個超高溫高壓氣田導管架安裝就位

從2010年鉆探發現

我國海上首個高溫高壓氣田

到2012年發現東方13-2氣田

（我國海上最大高溫高壓氣田）

再到2015年發現樂東10-1氣田

（我國第一個海上超高溫高壓氣田）

每一次重大發現

都是對高溫高壓領域的深度探索

更是對人類科技與意志的極限挑戰

回首過去六十余載

中國海洋石油人

從鶯歌海盆地起步

走向蔚藍大海

不斷拓展海洋油氣開發的版圖

當我們望向我國南部海域

鶯歌海、瓊東南、珠江口三大盆地

已累計探明天然氣地質儲量

超1萬億立方米

全球首個超深水超淺層大氣田陵水36-1，探明地質儲量超千億立方米

放眼全國海域

探明10余個億噸級大油田和千億方大氣田

收獲了200多個油氣發現

合計探明油氣地質儲量超70億噸油當量

為國家供應油氣當量超15億噸

這累累碩果背后

承載著海洋石油人對能源寶藏的執著追求

相信在未來

隨著更多海洋油氣勘探開發技術的突破

海洋石油人的征途

將直指更加廣闊的星辰大海

迎接更高的溫度挑戰

克服更強的壓力極限

探尋更多沉睡的油氣寶藏

來源 | 中國海油