科学探索井历程、成效及意义——纪念科学探索井项目实践30周年

科学探索井项目(1986—2000年)开始实施至今已30年,回顾并总结其探索历程、勘探成效、管理经验等对指导陆上未来勘探的意义重大。科探井钻探的目的是立足勘探院(石油勘探开发科学研究院)地质研究新认识,在新盆地、新层系和新区开展科学探索,既解决重大基础地质问题,又追求突破发现。历经15年共钻井14口,其中台参1井、陕参1井发现了吐哈油田与靖边大气田,开启了西北侏罗系与鄂尔多斯盆地天然气大规模勘探的序幕,高科1井、酒参1井、沁参1井等获低产油气流,为日后获大发现打下基础,此外还储备了一批战略性领域和目标。在项目管理中,建立了"中国石油总部承担投资风险、以勘探院为主提出领域目标、油田承担钻探任务、勘探院监督"的运行模式,形成了"精雕细刻、精耕细作、深挖细找、点滴不漏"的管理细则,建立了科学合理的勘探程序。科学探索井的意义体现在将科研成果直接转化为生产力,引领并推动油气勘探取得战略性突破,并为中国石油实施风险勘探积累了宝贵经验。

天然气在中国大陆科学探索井的发现及其科学意义

中国大陆科学探索井中科1号井在476m、869m、1935m发现了有可能是深源气的CH4、CO2和He的高异常,可以肯定地说,它们是非生物成因的气体,是无机成因气。在变质岩地区和层段发现的无机成因天然气有重要的科学意义,已成为油气无机成因说的佐证。建议中科1号井这一重大课题吸纳石油地质学家和地球化学家参与,使该井随钻取样和录井工作更为全面系统,兼顾无机气油勘探方面的探索与研究,积累宝贵的数据和经验,以利于我国油气勘探事业的发展。

中国陆上大中型气田形成的区域地质背景和科学探索井探索领域及目标

中国陆上含气盆地经历了复杂的构造沉积演化过程,主要受两个世代(古生代和中、新生代)、三大构造体系域(古生代的古亚洲构造体系域和中、新生代特提斯构造体系域、环西太平洋构造体系域)控制,它们决定了中国陆上含气盆地的形成和主要盆地类型;盆地类型和多阶段构造—沉积演化决定了中国陆上含气盆地具多套烃源岩、多套储盖层和多套储盖组合发育的特征。中西部与东部差异的天然气地质条件,以及中西部是大中型气田发育的有利地区,东部则是中小型气田或气田群发育区。中国陆上大中型气田具有与克拉通盆地、前陆盆地、断陷坳陷盆地和克拉通隆褶带有关的四大探索领域。中国陆上天然气科学探索井近期勘探主要包括高石梯构造、孤山构造、乌马营构造等六个有利目标。

渤海油田科学探索井地层压力预测技术

在油气钻探过程中,地层压力预测是一项十分关键的基础工作,特别是对于科学探索井,精确的地层压力预测能够为钻井液密度选择、钻井参数优化和井身结构设计提供科学依据。基于渤海某科学探索井的地震资料,以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析,得出了科学探索井地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力及漏失压力剖面,建立了合理的钻井液安全密度窗口。现场应用结果表明,该地层压力预测结果具有很高的预测精度,很好地指导了该科学探索井的钻完井施工,取得了良好的应用效果。

渤海油田科学探索井井壁稳定性预测技术

渤海油田科学探索井设计井深5355 m,是目前渤海湾最深的一口预探井。地质油藏部门预测该井井底温度将超过160℃,地层压力系数最高可达1.65。该井是目前渤海地区最深的一口真正意义上的高温高压井,钻前对井壁稳定性的预测能够保证该井成功钻达目的层。通过分析邻近区块已钻井资料,得出该井在钻井过程中不同层位可能出现的复杂情况;由地应力和构造地质运动的关系,确定了3个主应力的相对大小关系,通过对邻近区块地应力方向的研究,确定了该井最大水平主应力的方向。将取自邻近区块上部井段的岩心经钻井液浸泡后进行力学性能测试,分析了钻井液失水对井眼稳定性产生的影响,研究结果对于该井现场作业具有一定的指导意义。

重晶石解堵工艺技术在科学探索井储层改造中的应用

渤海油田科学探索井由于其目的层(古生界)地层压力系数高,在钻进过程中出现了溢流,因此为保证作业安全,采用重晶石粉加重,结果导致测试作业中无产出。通过分析污染产层的堵塞物存在形式,得出了储层改造剂的研制思路,即用次氯酸盐作降解剂,溶解出堵塞物中的高分子量聚合物,然后用螯合剂DPTA与堵塞物中的重晶石粉形成稳定的螯合物。室内实验研究了以次氯酸盐与螯合剂DPTA的复配物为主剂的储层改造液对重晶石的解堵效果及其影响因素,确定了储层改造液的最佳pH值为12,最佳作业时间为8 h。最终通过现场实际应用,科学探索井获得商业油气流,测试成功。该储层改造液可作为完井液和修井液应用,其能清除酸洗和常规完井液无法清除的堵塞物,应用前景广泛。

PDF-HSD钻井液体系在渤海科学探索井的应用

针对BZ21-2-1井潜山储层特征和高温高压的钻井实际,研发了PDF-HSD抗高温无固相钻井液体系。该钻井液体系在潜山地层准152.4 mm井眼4 881.5~5 141.0 m井段应用成功,不仅有效地保护了潜山储层,而且较低的钻井液密度也有效预防了潜山裂缝性地层的恶性漏失。整个钻井过程中钻井液性能稳定,应用结果表明：PDF-HSD钻井液体系具有优良的抗温能力;钻井液滤液与煤油的油水界面张力低,具有较好的防水锁性能;渗透率恢复率大于85%,油气层保护效果显著;满足高温高压深井及低孔低渗型油藏的钻井作业和油气层保护需要。该体系的成功应用,为今后渤海油田类似高温高压及低孔低渗型储层钻井作业提供了技术保障。

非常规套管程序在渤海油田科学探索井中的应用

井身结构设计是钻井设计的基础设计,是钻井作业能否开展和作业成功的关键所在。目前在渤海油田长期局限采用单一的Φ762mm×Φ508mm×Φ339,7mm×Φ244,5mm×Φ177,8mm×Φ114,3mm常规套管程序,此套管程序虽能满足渤海油田浅井及地质条件不是特别复杂的中深井作业要求,但是在渤海油田向深井、超深井发展的今天,此套管程序巳不能满足地质条件复杂的深井及超深井井身结构设计要求,因此在常用套管程序基础上,探索引入非常规套管程序,能够增加套管层次,使井身结构设计更为灵活,并能有效解决深井复杂地质条件带来的作业风险以及提高钻井作业质量及时效。本文就是以科学探索井为例讲述了非常规套管程序在高温高压井井身结构设计优化中的灵活应用,此次非常规套管程序的应用对今后渤海油田在深井、超深井井深作业设计中有着重要的指导意义。

抗高温防腐水泥浆在科学探索井中的应用

科学探索井是到目前为止渤海湾油田历史上最深的一口预探井,设计井深5355m,预测地层压力系数达1.65,最高温度180℃,设计目的层为含H2S和CO2的气层,因此该井是一口典型的高温高压含腐蚀性气体的气井,在实钻过程中,通过录井仪器测得最高H2S含量200ppm,测得CO2最高含量25%,如此高的腐蚀性气体,在渤海油田尚属首次钻遇,对固井工艺技术提出了严峻的考验。中海石油(中国)有限公司天津分公司钻完井重点实验室通过室内研究得出新型抗高温防腐水泥浆体系,该水泥浆体系能够在高温、高腐蚀气体含量条件下达到固井工艺的需求,通过在科学探索井的实际应用,该水泥浆体系满足了现场作业需求,固井质量优秀,对今后此类井作业有重要指导意义。

抗高温甲酸钾钻井液在科学探索井中的应用

渤中油田BZ21-2-1井是渤中凹陷设计较深、层位较全的一口科学探索井,该井属于渤海迄今为止所钻遇最深井,设计井深5355米;该井井底最高温度≥170℃,预测最高压力系数为1.65,是一口典型的高温高压深井,且根据临近已钻井资料显示:该区块东营组上漏下塌,常规的聚合物钻井液在高温条件下处理剂易失效,钻井液性能难以控制,不能够解决东营组坍塌的问题。海洋石油高效开发国家重点实验室油田钻完井室采用抗高温钻井液处理剂构建了一套适合高温高密度的抗高温甲酸钾钻井液体系,通过室内实验评价该体系具有良好的抗温效果,抑制性及储层保护效果,适合高温高压易垮塌地层应用。

渤海油田高温高压井套管优化设计

在海洋钻井作业过程中,套管强度对于钻完井作业安全及作业成本具有重要意义。文中介绍了高温对套管材料屈服强度、弹性模量及热膨胀系数的影响,建立了温度影响下的套管强度计算方法。以渤海油田探井BZ21-2-1井为例,对该井在不同深度的套管温度进行了预测。地质油藏部门预测BZ21-2-1井的井底温度将超过160°C。以此为基础,计算并分析了该井准339.7 mm套管在极限工况条件下固井候凝和后续钻井过程中的抗外挤、抗内压和抗拉强度。研究成果能够为该地区今后的探井钻井作业提供科学依据和技术指导,从而保证海上钻完井施工作业的安全。

大井眼优快钻井综合技术研究与应用

本文通过详细分析影响大井眼钻井速度低及起下钻困难的主要因素,在原有大井眼作业技术基础上,从优化水力参数、应用大尺寸复合钻具组合、水力脉冲提速工具、优化泥浆性能等方面,提出了一些新的应对措施,并在中海石油总公司重点项目科学探索井成功应用,对今后渤海湾盆地深井大尺寸井眼作业有较为重要的指导意义。

渤海湾盆地渤中凹陷深埋古潜山天然气成藏主控因素探讨

渤中凹陷钻探的两口科学探索井均在古生界潜山发现天然气流,其中科A2井经测试获日产天然气40.2×10~4m^3,揭示了渤海海域目前埋深最大、温度最高的古潜山天然气藏。根据渤中凹陷渤中21~22古潜山油气成藏条件和实际地质、测井和地震资料的综合解释,对研究区天然气成藏控制要素进行研究。结果表明:古潜山圈闭面积大,且具有完整背斜形态;深层沙四段—东三段发育大量优质高成熟烃源岩,油气源充足;古潜山储集空间为溶蚀孔洞和裂缝,储层物性较好;成藏要素匹配关系好,天然气具有明显的晚期持续充注成藏的特点。该古潜山气藏的发现,不仅是渤中凹陷深埋古潜山天然气勘探的重大突破,也是深埋古潜山油气成藏地质条件认识和勘探工程技术进步的重大成果,能够推动渤海海域乃至整个渤海湾盆地凹中深埋古潜山的油气勘探工作。

“进(近)源找油”:油气地质理论创新与重点领域勘探思考

创新地质理论和勘探重点领域是石油地质学科发展与工业探索发现的永恒主题,"进(近)源找油"正成为石油地质研究和油气勘探的新方向。地质理论创新引领石油工业从常规油气向非常规油气跨越,立足中国特色石油地质条件和勘探研究历程,取得4项研究认识。(1)松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地是中国的常规-非常规油气"共生富集"大盆地,未来油气勘探潜力仍很大,常规-非常规油气地质学将指导"共生富集"大盆地实现两种油气资源类型的整体发现、极限开发与协同发展。(2)石油地质理论在大油气田的发现中发挥重要作用,深化烃源岩认识可以不断开辟常规-非常规油气资源新领域,挖潜"共生富集"大盆地可以不断推动常规-非常规油气大发现。(3)重点领域是油气规模增储和战略发现的主力军,深层—超深层和非常规烃源岩层系是未来陆上重点发现和发展领域,中西部突出深层—超深层优质油气资源,中东部突出中—深层非常规规模油气资源。(4)立足6大常规-非常规油气"共生富集"盆地基础研究,突出烃源岩附近及其内部油气资源的规模快速利用,常规油气聚焦"富油气层系"战略发现,非常规油气聚焦"人造油气藏"规模开发,攻关"共生富集"盆地资源序列、重点领域风险勘探、万米超深层科学探索、非常规油气人工改造、煤炭一体化地下气化、页岩油及煤岩油原位转化6大战略领域,努力实现深层—超深层油气发现成规模、非常规油气资源能动用。面向未来10~15年,新一轮地质理论创新和重点领域优选,将带动中国油气工业继续增储上产。