技术分析

技术分析

南海深水油气开采风险识别及安全控制技术

        开发深水油气势在必行,也是保障国家能源安全、维护我国南海海洋权益和建设海洋强国的迫切需要。深水油气开采具有高风险、高投入、高技术、高收益(“四高”)的特点,安全是深水油气开采的生命线。我国通过跟踪学习、合作引进和自主创新3个阶段,实现了从浅水到深水、从深水到超深水、从深水勘探到深水开发的重大跨越。经过多年持续技术攻关,相继攻克了一批深水油气开采风险安全评估及风险防控关键技术。深水油气开采风险识别及安全控制技术是实现南海深水油气安全、高效、自主、可控开发的强有力支撑。

1. 南海深水油气开采风险评估及安全控制主要技术难点

        我国南海地处三大板块交汇处,地层条件复杂,深水油气开采面临海洋环境、浅层灾害、深层地质、气井开采等四大挑战,致灾机理复杂,作业风险极高。

        深水海洋环境更恶劣。南海每年发生10余次台风与极端波浪,内波流和洋流叠加后流速达5节以上,综合环境条件极为恶劣。南海台风季节长、频次高、强度大、危险性高、避台周期长达10~15 d;季风持续时间长,物资保障难度大;南海海域内波流发育,且难以预测,流速最快可达2 m/s,威力巨大。

        浅层地质灾害更复杂。深水浅层建井面临浅层气、浅水流、天然气水合物(“三浅”)等地质风险挑战。深水浅层土质松软,海床不稳定,井口易失稳下沉。南海深水海底构造复杂,发育海山、海丘、海槽、海沟、海谷和陡坡等地貌类型,地形起伏大,海底陡峭,钻井工程安全面临严峻的挑战。

        深层地质条件更具挑战。南海是深水和高温高压两大因素主控的盆地,给钻井作业带来巨大挑战。地层破裂压力低,安全密度窗口极窄;地层年代新,沉积速率快,成岩性差,承压能力弱,易井漏,井控风险高,处理难度大。

        深水油气开采工况更苛刻。深水油气开采环境恶劣,开采设施安全及完整性检测、监测技术及装备面临巨大挑战。深水油气开采设施长期处于动态变化的工程地质环境中,更加容易受到各种因素的破坏和干扰。井筒泄漏是困扰气井安全开发的重要难题,在油气田开发中后期井筒发生泄漏的现象尤为严重。海洋结构物长期在海水中服役,表面容易产生裂纹、腐蚀等缺陷,且缺陷种类繁多、形貌复杂,导给水下无损检测技术带来诸多挑战。
 

2. 南海深水油气开采风险评估及安全控制技术进展

        通过“产学研用”协同攻关,初步形成了具有南海特色的深水油气开采风险识别基础理论,探索了适用于南海深水开采的安全控制技术体系,有力支撑了我国南海深水油气开采的安全高效实施。

        深水海洋环境风险评估与控制技术。针对南海台风、内波频发等挑战,开展了深水作业防台安全控制关键技术和南海内波实时监测与安全控制技术攻关,形成了深水环境风险评估与控制技术,为实现深水油气安全开采提供了重要前提和可靠手段。

        深水浅层钻井风险识别与安全控制技术。开展了深水浅层地质灾害识别与安全控制技术、 喷射法安装表层导管技术和不稳定海床表层建井风险分析研究,形成了深水浅层钻井风险识别与安全控制技术,解决浅层钻井设计与安全控制的关键难题。

        深水钻井井控与应急救援关键技术。针对深水井控识别难度大、控制风险高等难题,开展了深水钻井气侵溢流早期识别技术、深水井喷失控场景构建、深水救援井设计技术和深水水下应急封井装置国产化等攻关研究,形成了集基础理论、设计方案和国产化装备于一体的深水钻井井控与应急救援关键技术。
 
        深水油气开采设施安全检测及监测技术。针对南海深水油气开采环境恶劣的情况,开展了深水油气开采设施泄漏应力波智能监测方法、井筒泄漏监测诊断技术及智能系统、水下结构物缺陷交流电磁场智能可视化检测系统和关键结构件疲劳损伤检测技术等攻关研究,研发了新一代数字化、智能化海洋油气开采设施安全及完整性检测、监测技术及装备。
 

3. 南海深水油气开采风险评估及安全控制技术发展建议

        需持续进行科技攻关,开展系列深水油气开采风险评估及安全控制技术攻关,保障南海深水油气安全、高效、自主、可控开发。
 
        持续追求深水油气开采本质安全。现有技术尚无法完全满足开发要求,事故多发,复杂开发井作业经验为零,亟需攻克深水复杂地层钻完井关键技术,持续追求本质安全。
 
        推进深水油气开采装备及工程软件国产化。亟需开展深水水下防喷器、隔水管系统、智能完井工具、自动化智能化钻井装备、特殊环境钻井液体系等关键装备和材料的国产化。此外,亟需推进关键核心工具装备和工程软件的国产化。
 
        增强深水油气开采风险防控与应急能力。需进一步研究井喷事故情景构建、风险预警、应急封堵、灭火救援等关键技术,形成自主全海域、全水深、全工况的井控应急安全保障技术体系,增强风险防控与应急能力,杜绝深水安全环保事故。 
 
        力促智能化保障深水油气开采安全。智能化技术是深水油气开发控制成本、提高采收率和延长油井寿命的有效手段,实现井下监测、测试、控制等功能,发现问题,提前制定措施,达到数字智能化转型、科技保安全和提质增效的目的。
 

4. 结束语

        通过多年的技术攻关与实践,初步形成了以深水海洋环境风险评估与控制、深水浅层地质灾害预测与控制、深水钻井井控与应急救援、深水油气开采设施安全检测及监测等为核心的南海深水油气开采风险识别及安全控制技术体系,为实现南海深水油气安全、高效、自主、可控开发提供了强有力的技术支撑。

        随着勘探向超深水、深水高温高压、深水深层、深远海等领域推进,需要明确发展方向,持续攻关和完善本质安全、关键装备、材料和工程软件的国产化、高效风险防控与应急能力、智能诊断与预警等技术,以进一步推动深水油气开采风险评估及安全控制技术的发展与进步。