在我國(guó)廣袤的海域中，蘊(yùn)含著解開(kāi)深水油藏寶藏的密碼。近10年間，荔灣3-1深水氣田、流花16-2深水油田群等一系列重大油氣發(fā)現(xiàn)相繼進(jìn)入工程實(shí)施和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)階段。“深海一號(hào)”能源站的投產(chǎn)，不僅讓中國(guó)拼出了深水油氣自主開(kāi)發(fā)的最后一塊拼圖，更是標(biāo)志著我國(guó)深水油氣田開(kāi)發(fā)能力和深水海洋工程裝備制造技術(shù)取得重大突破。從淺水走向深水，一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)的突破，一項(xiàng)項(xiàng)裝備的發(fā)明，一次次數(shù)據(jù)的更新，都侵染了無(wú)數(shù)海洋石油人的鉆研與汗水。獲得2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)的海洋深水鉆探井控關(guān)鍵技術(shù)與裝備項(xiàng)目正是其中的一個(gè)縮影。
深水井噴是行業(yè)公認(rèn)具有顛覆性的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。與陸地相比，深水鉆探面臨安全鉆井壓力窗口窄、地層流體侵入隱蔽、井筒大溫差造成壓力控制難度大，井噴風(fēng)險(xiǎn)更高。全球近30年發(fā)生了300多起嚴(yán)重海上井噴事故，損失巨大，西方知名石油公司在我國(guó)南海作業(yè)20余口深水井，井涌等井噴險(xiǎn)情高達(dá)50多次。
深水鉆探井控安全是行業(yè)公認(rèn)的世界性難題。要走向深海，這就是一項(xiàng)不得不克服的難題。中海油研究總院井控技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于主動(dòng)井控的理念，本著“早發(fā)現(xiàn)、早關(guān)井、早處理”原則，經(jīng)過(guò)近10年潛心研究，攻克了深水井筒壓力預(yù)測(cè)誤差大、深水氣侵隱蔽難以早期監(jiān)測(cè)預(yù)警等難題。他們建立了深水多相流井控理論模型，提出了非體積膨脹原理的氣侵早期監(jiān)測(cè)方法，發(fā)明了“精確計(jì)算井筒壓力—早期識(shí)別井底氣侵—即時(shí)處置井噴風(fēng)險(xiǎn)”的井控風(fēng)險(xiǎn)防控方法，實(shí)現(xiàn)了深水井控關(guān)鍵技術(shù)和裝備的源頭創(chuàng)新。該項(xiàng)目共獲發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)35件，發(fā)表論文127篇，培養(yǎng)了一支深水井控技術(shù)隊(duì)伍，項(xiàng)目成果已全面應(yīng)用到了我國(guó)南海及海外多個(gè)深水油氣田，保障深水鉆井作業(yè)安全。
項(xiàng)目主要參與人，中海油研究總院井控室首席工程師殷志明博士介紹，該項(xiàng)目共有以下三方面技術(shù)進(jìn)步：
一是創(chuàng)建了“超臨界—氣—液—固(水合物)”四相流深水井控理論模型，利用發(fā)明的全尺寸深水井筒流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，與國(guó)際通用經(jīng)典“氣—液”兩相流井控模型相比，壓力預(yù)測(cè)精度提高至90%以上，攻克了井筒壓力預(yù)測(cè)誤差大導(dǎo)致井筒壓力控制困難的理論難題;發(fā)明了“精確計(jì)算井筒壓力—早期識(shí)別井底氣侵—即時(shí)處置井噴風(fēng)險(xiǎn)”主動(dòng)井控新方法，實(shí)現(xiàn)了井控關(guān)鍵裝備研發(fā)的源頭創(chuàng)新。
二是研發(fā)的非體積膨脹原理的井下氣侵早期監(jiān)測(cè)方法，揭示了井底氣體侵入后鉆井液的溫、壓、聲、電、伽馬響應(yīng)特征，研制了基于多源信息融合的氣侵早期監(jiān)測(cè)裝備，開(kāi)發(fā)了基于海面綜合錄井信息的井噴預(yù)警模式識(shí)別專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了侵入即發(fā)現(xiàn)，為分秒必爭(zhēng)的壓井作業(yè)贏得了寶貴時(shí)間。
三是發(fā)明了可實(shí)現(xiàn)井筒環(huán)空壓力自動(dòng)控制的“動(dòng)態(tài)壓井鉆進(jìn)”井控裝備，建立了地層壓力實(shí)時(shí)反演方法，研制了鉆井液密度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)裝置，壓井液密度控制誤差小于0.01克/立方厘米，實(shí)現(xiàn)了邊鉆邊壓，解決了傳統(tǒng)壓井方法需停鉆關(guān)井導(dǎo)致氣侵處置不及時(shí)、井噴風(fēng)險(xiǎn)大的難題。
項(xiàng)目成果自2011年開(kāi)始在自營(yíng)深水項(xiàng)目應(yīng)用以來(lái)，目前已應(yīng)用到了國(guó)內(nèi)外多個(gè)深水油氣田。井控技術(shù)裝備成為我國(guó)海洋深水安全高效鉆探的“守護(hù)神”，站好前沿哨，守住深水井噴防控線，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
據(jù)中海油研究總院有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、鉆完井總師李中介紹：“該項(xiàng)目成果的重要性不僅在于經(jīng)濟(jì)效益，更在于它補(bǔ)齊了我國(guó)深水鉆探技術(shù)短板，提高了作業(yè)安全性，不僅幫助中國(guó)能源勘探走向深海，也為中國(guó)技術(shù)走向海外更有底氣，更好服務(wù)國(guó)家能源安全戰(zhàn)略。”
