封隔器性能測試實驗裝置

A. 　海上油管輸送射孔與鑽井中途測試技術

一、海上油管輸送射孔技術

最早的採油方式是裸眼採油或篩管採油，隨著固井工藝的產生，發展了射孔採油方式。1932年美國LENEWELLS公司開始子彈式射孔，1946年WELEX公司開始使用聚能射孔彈射孔，1949年麥克洛夫公司開始搞油管輸送射孔（TCP），但由於技術上的欠缺而沒有發展起來，1953年EXXON和斯倫貝謝爾公司開始搞過油管射孔，1970年VANN公司正式將TCP用於生產。

目前世界一流的射孔公司有Compac、Halliburton、Owen、Goex、Baker、Schlumberger等公司。這些公司的射孔器材共同的特點是：產品系列化程度高、加工精度高、檢測手段完備、檢測數據准確齊全、技術更新快、向高密度多方位高技術發展、低岩屑污染小。

國內在1958年以前使用蘇聯的槍身射孔器，20世紀60年代初開始用磁性定位器測套管接箍進行定位射孔，70年代廣泛開展使用了過油管射孔，80年代中期開始引進油管輸送射孔TCP技術，1988年以後逐漸在各油田推廣使用。

隨著海上勘探成果不斷擴大，海洋石油勘探開發工作的重點將進一步由勘探向開發轉移，油田開發井將逐年增加。然而，海上准備開發的油田大多屬於邊際油田，若在開發中採用進口器材進行作業，則有很多邊際油田因成本高而無法進行開發。為滿足海上油氣田勘探開發井作業中所需的新型系列射孔器材，用國產射孔器材全面替代進口產品，降低開發成本，填補套管高密度射孔在國內的空白，推進我國海洋石油勘探開發進程，研製新型射孔器材成為當務之急。我國射孔器材產品盡管在小口徑、低密度上取得了較大的成就，但與國際相比總體水平仍然較低，加工精度也較差，加之產品系列不配套、檢測手段不完善，無法完全滿足海上作業的需要。

為使海洋石油勘探開發進一步降低成本，加快射孔器材的國產化進程，中國海油開發研製了油管傳送射孔（TCP）——HY114、HY159射孔搶，並將這一具有自主知識產權的實用新型專利設計產品盡快地應用於生產。

（一）海上射孔

1．射孔

利用火攻器材或其他能源的能量射開套管、水泥環和地層，溝通油氣流通道的井下作業叫做射孔。

在勘探開發過程中射孔是一項不可缺少的重要手段。經鑽井、錄井和測井發現了油氣層之後，就要下套管、固井，然後必須射孔，進行試油，以確定該油層有無開采價值。對於開發生產井，進行完井作業、射孔，而後才能進行下生產管柱、下泵、防砂等其他採油、注水等作業。油氣田在開發過程中，若進行開發方案的調整，往往需進行補孔，以保持油氣田的產量。

隨著射孔技術採油技術的發展和我國各大油田二三十年來在勘探開發工作中的經驗積累，逐步提高了對射孔技術重要性的認識，對射孔作業越來越予以重視，因而近年來我國射孔技術有了飛速的發展，取得了很大的成績。

2．射孔方式

目前國內外廣泛被採用的射孔方式主要有3類：①電纜輸送射孔；②過油管射孔；③油管輸送射孔（TCP）。

這3類射孔都屬於炸葯聚能射孔，即利用製成倒錐形的高能炸葯在爆炸時產生的聚焦高能射流來射開套管和地層的工藝。

最近水力射孔在穿透深度上有新的突破，但還沒有廣泛地推廣使用。

3．射孔工藝

射孔工藝有正壓射孔和負壓射孔兩種，根據現場不同的井筒條件、地層條件以及完井工藝要求選擇不同的射孔工藝。

a．正壓射孔：為了順利地采出地層里的油氣，鑽井之後必須下套管並固水泥於套管與地層之間，然後射開油氣層井段的套管和水泥環，溝通油氣流通道。因而在射孔之前，地層和套管里邊是兩個不同的壓力系統。如果套管中的液柱壓力大於地層壓力，射孔後井液會壓向地層，加上射孔的壓實作用和杵堵，就構成了對地層的「二次污染」，這叫正壓射孔。

b．負壓射孔：射孔時套管里液柱壓力小於地層壓力，射開以後地層中的油、氣流向井筒，能將射孔產生的碎屑沖出來，井液也不會進入地層。這叫負壓射孔。負壓射孔能產生迴流清洗孔眼，消除二次污染，因而能大大提高油氣井的產能。負壓射孔是最好的射孔方式，但要實現負壓射孔，電纜輸送方式是不行的。過油管射孔只是在第一槍才可以構成負壓，第二槍及以後均為等壓射孔。而由於井口防噴裝置長度的限制，過油管射孔每次下井的槍長度有限，只射一槍的井很少，所以過油管射孔不能滿足負壓射孔的要求。只有油管輸送射孔（TCP）才能滿足負壓射孔的各種要求。

（二）海上油管輸送射孔儀

油管輸送射孔（簡稱TCP）是用油管或鑽桿將射孔器材輸送到井下進行射孔的。它與電纜輸送射孔相同的地方是同樣用雷管、導爆索、傳爆管和射孔彈4種火工器材，同樣適應於各種套管的射孔槍。

1．油管輸送射孔特點

與電纜輸送射孔不同的地方只是輸送和引爆方式不同，其特點是：

輸送能力強，能一次射開幾百米油氣層，作業效率高；

使用大直徑、高孔密射孔槍和大葯量射孔彈，能滿足高穿深、大孔徑的射孔要求；

按設計要求構成大的負壓差，射孔時能充分清洗孔眼，消除二次污染；

達到高的產率比，提高單井產量；

在射孔後立即投產，快速受益；

在引爆前安裝好井口和井下安全接頭等控制設施，確保安全；

與DST測試聯合作業求准地層的產能；

使用范圍廣：適合於大斜度井、水平井、高壓油氣井、腐蝕性井液井、礫石充填井、雙油管採油井、泵抽井等。

2．油管輸送射孔管柱結構

圖7-78打開取樣筒

（二）地層測試器研究

研究一套井下泵抽式流體取樣測試器及其解釋系統，通過其泵抽系統能夠取得地層流體真樣，通過壓力測試曲線計算油氣層的滲透性、壓力分布、產能等參數，部分替代中途試油技術。主要研究內容包括以下5個方面。

1．模擬實驗模型及數值模擬

模擬模型採用三維圓柱體或球體結構，模擬復雜的井眼及地層條件。通過模擬模擬實驗來研究在不同地層壓力、不同流體飽和度、不同滲透率、不同泥餅厚度以及不同排液速度等條件下，儀器的響應特性，從而建立地層特性與儀器數值響應關系。針對渤海大油田不同的儲層條件，建立具有對不同地層壓力和流體進行采樣的模型，取得一系列的實驗數據。重點考慮：①地層淺和弱膠結疏鬆砂岩對儀器及解釋模型的特殊要求；②稠油開采條件下的趨膚效應和存儲效應；③油井出砂情況下對模型的影響。

兼顧陸上各類油氣田的儲層特性，進行針對性模擬。研究帶有管線存儲和表皮效應的各向異性非穩態滲流模型；研究雙探針各向異性解析解；研究諧波壓力和脈沖的相位延遲滲流模型；研究雙探針有限元模擬方法。

2．液壓動力系統結構設計與製造

鑽井中途油氣層測試技術的井下儀器包括電子線路、液壓動力系統、PACKER（座封液壓探頭）系統、泵抽系統、流體特性實時識別系統、反向注入模塊、PVT(Pressure,Volume,Tem-perature）取樣筒、大取樣控制模塊等。這些模塊的設計除了滿足工程上的要求外，受特定工作環境所限，需要考慮高溫、高壓等惡劣井況條件的要求。由於這些系統都是非常精密的機械裝置，故在本儀器的機械設計與製造工藝方面有著相當大的難度。具體是液壓源的體積、功率、溫度設計；液路及液壓閥門系統設計；雙探測器對三維動態流體模型影響下的間距設計；研究復雜地層條件下高壓流體排出泵的設計製作；不同流體、不同地層壓力條件下的流體反向注入技術；流體自動識別技術；取樣控制及其樣品保存技術研究。

3．電子控制與數據傳輸模塊的設計與製造

井下電子線路部分主要具有兩個功能，一是接收地面發來的指令並進行解碼，以控制井下儀器各種機械動作和監測儀器各種狀態；二是進行數據採集與數據轉換，並將數據傳輸到地面進行處理。具體是MPU(Micro Processor Unit）微處理器控制電路；繼電器控制電路；各種感測器信號處理電路；數據採集處理與傳輸。

4．地面支持系統

包括地面面板和系統軟體，油氣層特性測井儀的所有井下功能都由地面系統控制。包括測試數據的記錄、不同測試參數的地面調整（如測壓采樣點的確定，預測體積、泵排速度、壓力降的選擇等）、井下工況及采樣流體性質的判斷。它的泵抽系統能對流過儀器或被抽進采樣筒的液體進行同步監測和計算其特性參數。這些功能的實現都需要地面軟體的支持。

5．測試制度設計、資料解釋模型研究與解釋軟體開發

a．不同油氣藏測試工作制度設計方法。對稠油、低滲透、油氣水多相等復雜條件，研究測試時間短、流速低、排出量小的合理測試工作制度，泵排的時間控制，多探針垂向干擾測試設計。

b．低速、短時壓力資料的定量解釋和解釋新模型開發。球形和圓柱形壓力降和壓力恢復疊加分析，考慮管線井儲和表皮效應的典型曲線分析，流動期識別和流動模型，多層模型、復合模型、多相流模型，垂向干擾模型、反向注入模型，油藏邊界分析模型。

c．與三維地震、鑽井、錄井、油藏工程等多學科綜合評價研究油氣藏方法。確定合適鑽井液，完井設計，油藏開發建議，研究部分代替DST(Drill Stem Test）的短時間測試產能預測技術。

d．資料解釋軟體系統。

上述研究的關鍵技術包括三維模擬模型研究與數值模擬計算；高溫高壓微型液壓動力系統；雙PACKER系統；光譜流體識別技術；流體采樣與樣品保存技術；井下實時自控系統；地面測量與控制系統；復雜油藏的資料解釋方法；反向流體注入技術。

地層測試技術研製成功將在油氣勘探中解決重大疑難地質問題：重復抽樣和重復測試，使壓力測量更為准確；利用泵抽技術將泥漿濾液排出，獲取原狀地層流體樣品；雙封隔器技術，保證在任何岩層中取得地層流體樣品，解決單封隔器在稠油粉砂岩中取樣堵塞等問題；將逐步替代試油技術，成為地層評價的重要工具，並為降低成本提供有利工具。另外，鑒於目前國內尚無較好的油氣裸眼井分層測試技術可以利用，可以作為開展海洋或陸上石油勘探井和開發井分層動態測試及取樣測試，不失為一項極好的分層動態直接測量技術。海洋與陸上每口油氣井都需要進行這項地層動態取樣測試。憑借其測取的前所未有的、十分完備的油藏分層動態資料，就可以確切地、完美地認識油層及各個分層，並將其測試結果用於油氣勘探、油田開發、採油工程的各個方面，有利於高質量高速度高效率地進行油氣勘探及油氣田開發。再就是，儲層特性測井儀器將具有自主知識產權，擁有國內外市場競爭的法律地位，可以沖破種種限制，對國外提供這種測井技術服務，從而獲得較好的經濟效益。

B. 深圳市百勤石油技術有限公司的產品與服務

技術能力
高速渦輪鑽井
百勤率先將能達到800-1500rpm高轉速的渦輪鑽井技術引進中國，配合個性化設計的孕鑲金剛石鑽頭，形成了火成岩、礫石層、高研磨石英砂岩地層鑽井提速唯一有效技術。
高級別/深井多分支井
百勤具備1-6級不同完井水平分支井的能力，實現了分支井眼的重進入和選擇性開采。
旋轉尾管固井及多級固井
百勤率先將旋轉尾管懸掛器用於中國陸地固井作業，有效提高固井質量，並將此技術廣泛推廣。
油基鑽井液
在中國非常規能源開發水平井中推廣無粘土相油基鑽井液體系，有效保護儲層，提供良好的井壁穩定性及潤滑能力，大幅度提高鑽井效率。
主要產品和服務 服務項目 主要產品 1 渦輪鑽井服務 2 7/8″- 9 1/2″渦輪鑽具、4″- 16″孕鑲金剛石鑽頭 2 多分支井服務 分支井鑽井和完井配套系統工具 3 旋轉尾管固井服務 旋轉式頂驅水泥頭/旋轉水泥頭、旋轉尾管懸掛器和扶正器 4 旋轉套管固井服務 簡易頂驅、套管驅動系統、固井膠塞、抗扭矩環等 5 分級固井服務 多種機械式和液壓式分級箍 6 油基鑽井液服務 無粘土相油基鑽井液 7 鑽頭服務 各種高效和常規鑽頭 8 套管防磨減阻服務 3-1/2″、4″、4-1/2″、5″、5-1/2″鑽桿非旋轉套管防磨套 9 螺桿鑽井服務 等壁厚長壽高效螺桿等配套工具 10 開窗側鑽服務 套管開窗鑽井配套系統工具 11 定向及水平鑽井服務 井下動力鑽具：常規螺桿、長壽高效螺桿、空氣螺桿、高速渦輪鑽具等
旋轉導向鑽井系統
測量工具：MWD/LWD、Slim MWD以及EMWD等 12 打撈服務 打撈筒、打撈矛、震擊器和強磁打撈器等 技術能力
高溫高壓、高腐蝕完井
具備高溫高壓、高腐蝕完井的完井設計、工具選型和安裝調試的綜合服務能力。
常規完井技術方案設計、技術咨詢及服務
可以根據客戶需求提供最優的完井方案，選擇合理的完井工具，提供優質的服務，為客戶獲取最大的利益。
大位移完井
完成業界內難度較高的大位移井完井作業，最高水垂比高達3.7，平均井深7600米。
高產油井完井
提供針對不同類型的高產油井的井下完井工具，包括封隔器、安全閥及地面控制系統。
雙管完井
提供雙管封隔器、環空安全閥在內的雙管完井系統的設計和產品。
Monobore完井
提供單通道完井工具和服務，如：尾管懸掛器、頂部封隔器、固井附件、大通徑安全閥等，滿足高產井的要求，為將來的修井提供便利。
主要產品和服務 服務項目 主要產品 1 高溫高壓完井服務 2-3/8至9-5/8油管可回收式安全閥及鋼絲安全閥、適合4-1/2至10-3/4套管的各類封隔器、氣舉閥、滑套、化學注入閥、伸縮節、工作筒和球座等 2 鋼絲作業服務 作業設備：試井絞車、井口防噴系統
標准工具：基本工具串、鎖定芯軸送入與取出工具、移位工具等
打撈工具：鋼絲探測器、鋼絲撈矛、鋼絲剪切工具、打撈筒、磁力打撈器等
測試工具：選擇性測試工具、非選擇性測試工具、探測工具
其他工具：脹管器、撈砂筒等 3 井口及採油樹服務 套管頭、套管四通、油管頭、油管掛、採油樹等 4 地面控制服務 單井控制盤、多井控制盤、緊急截斷閥 5 試油服務 地面測試設備、套管井鑽桿測試技術、裸眼井鑽桿測試系統工具等 6 防砂服務 高溫高壓防砂技術、水平井礫石充填防砂技術、單、多層防砂技術配套產品 技術能力
水平井多級分段改造（壓裂、酸壓、酸化）技術
 - 水平井裸眼液壓座封封隔器分段改造技術；
 - 遇油遇水自膨脹封隔器分段改造技術；
 - 水平井水力噴射分段改造技術；
 - 水平井快鑽橋塞分段改造技術；
 - 水平井套管閥固井分段改造技術。
 非常規油氣藏壓裂技術
 - 頁岩油氣藏壓裂技術；
 - 煤層氣壓裂技術；
 - 緻密砂岩油氣藏壓裂技術。
 高溫高壓深井壓裂技術
 強水敏低滲儲層壓裂技術
 井下多次座封跨隔式封隔器找水和堵水技術
主要產品及服務 服務項目 主要產品 1 分段壓裂、酸壓、酸化服務 水平井多級分段改造工具：裸眼液壓座封封隔器、遇油遇水自膨脹封隔器、可鑽橋塞、多級分段壓裂滑套、球座及配套產品 壓裂液、酸液及化學品：常規水基壓裂液體系（適應溫度段30-180℃）及化學品、清潔壓裂液體系及化學品、滑溜水壓裂液體系及化學品、緩速酸液體系及化學品、自生酸液體系及化學品、膠凝酸體系及化學品、清潔自轉向酸液體系及化學品 2 找水/堵水服務 井下多次座封跨隔式封隔器找水工具及配套產品 跨隔式封隔器堵水工具及配套產品 技術能力
化學注入
可以提供綜合防腐方案設計，以及成套化學注入系統工具，幫助客戶以較低的成本達到所需的防腐效果。
動態檢測
動態監測系統最大能達到25,000psi的工作壓力，能應用於最高200℃的嚴酷井下條件，並能保證系統的高度可靠性。
氣 舉
根據產層特點設計合理的氣舉方案，選用合適的氣舉工具和合理的數量，提高採油效率、降低氣舉採油成本。
電潛泵
可提供全系列、多規格的潛油電泵以及配套工具，可以滿足不同井況下使用，具有高可靠性、耐高溫高壓、自動化程度高、兼容性好等優點。
主要產品和服務 服務項目 主要產品 1 氣舉 偏心工作筒、氣舉閥、投撈頭、造斜工具、氣舉閥送入和取出工具等 2 電潛泵 電潛泵、高溫電潛泵、雙電潛泵系統 3 化學注入 化學注入閥、化學注入管線、管線保護器、地面泵送機組、管線絞車等 4 動態監測 感測器、感測器托筒、信號電纜、控制和顯示面板、太陽能供電系統等 技術能力
API相關標准；按照客戶技術規格書要求設計；應用該行業最先進的設計理念；應用公司相關專利技術；採用國際業內公認品質的最先進的流體控制元件。主要產品和服務. 服務項目 主要產品 1 井口控制設備 單井控制盤、多井控制盤、欠平衡井控系統、旋轉防噴器控制櫃、節流管匯控制系統 2 化學試劑注入設備 化學試劑注入系統 3 緊急截斷閥控制設備 緊急截斷閥控制盤 4 自動化監控系統 閉路電視監控系統（CCTV）and 數據監控系統（SCADA） 技術能力
油田試壓裝置是依據API 16A、API 16C、API6A、SY5156等井口及井控設備試壓標准及API Spec11D1-2002（ISO 14310-2001）、API14A等井下工具及安全閥的試壓標准，並綜合了國內外先進技術及工藝研發和製造的國際先進水平的試壓產品，並擁有國家專利證書和企業標准證書。
油田試驗檢測裝置是集試壓裝置、試驗工藝流程、自動化控制、視頻監控及配套設施於一體的大型成套設備，符合HSE職業健康、安全環保要求，功能齊全、器件優良、安全可靠、檢測試驗結果准確無誤。
主要產品和服務 服務項目 主要產品 1 水壓測試設備 攜帶型水壓實驗台，橇裝式水壓實驗台，集中控制水壓實驗裝置 2 氣密封測試設備 攜帶型氣密封實驗台，橇裝式氣密封實驗台，大型氣密實驗裝置 3 實驗室設計建造項目 井口及采氣樹試驗系統，防噴器試驗系統，封隔器性能實驗系統，採油工藝模擬實驗系統，氣舉工藝模擬試驗系統，防沙工藝模擬試驗系統

C. 石油鑽探

【石油鑽探揭秘】

原文地址http://science.bowenwang.com.cn/oil-drilling.htm

圖文並茂推薦在原鏈接觀看。

石油的形成
石油是由1,000萬至6億年前古代海洋里死亡的微小動植物（浮游生物）殘體形成的。這些生物死後，便會沉入海底的沙里或泥里。

隨著歲月流逝，生物有機體在沉積層內腐爛了。這些地層內的氧氣很少或根本就沒有氧氣，因此殘體被微生物分解為富碳化合物，最終形成有機層。這些有機物質與沉積物混和，形成了細密的頁岩或源岩。隨著新的沉積層不斷沉積，源岩被施加了巨大的壓力和熱量，這些熱量和壓力使得有機物質成為了原油和天然氣。石油從源岩內流出，積聚在厚度更高、孔隙更多的石灰岩或沙岩（稱為貯油岩）中。地殼運動使得石油和天然氣被截留在不滲透岩層或蓋岩（例如花崗石或大理石）之間的貯油岩內。
這些地殼運動包括：

褶皺——向內擠壓的水平運動，使得岩層向上移動形成褶皺或背斜。
斷層——岩層斷裂，並發生上下相對位移。
尖滅——不滲透岩層被向上壓入貯油岩中。
尋找石油
尋找石油是地質學家的任務，地質學家或被石油公司直接僱傭，或被私人公司通過合同僱傭。他們的任務是找到正確的石油開采區——正確的源岩、貯油岩和圈閉。多年以前，地質學家的主要工作是解釋地貌、地表岩石和土壤類型，或許還會通過淺層鑽井採集一些少量的岩芯樣品。現代的石油地質學家還藉助衛星圖像來研究地表岩石和地形。然而，他們還利用各種其他的方法來尋找石油。比如，可以利用高靈敏度的重力儀來測量地球引力場中的微小變化，這些變化可以尋找到地下流動的石油；還可以利用高靈敏度的磁力計來測量由於石油流動造成的地球磁場內的細微變化；利用被稱為嗅探器的高靈敏度電子鼻，他們可以探測到烴類物質的氣味。最後（也是最常見的），他們利用地震學的知識，製造出沖擊波穿過隱藏岩層，然後對反射回地面的地震波進行分析。

在地震勘測中，製造沖擊波的方法包括：

壓縮氣槍——向水中發射空氣脈沖（用於水面勘探）
重擊卡車——向地下擊入厚金屬板（用於陸地勘探）
炸葯——在地上鑽孔放入炸葯（用於陸地勘探）或從船上向外扔炸葯（用於水面勘探），然後引爆。
沖擊波在地下傳播，並被不同的岩層反射回來。反射波的傳播速度取決於它們所穿過岩層的類型或密度。人們利用高靈敏度的擴音器或振動探測器來探測沖擊波的反射波——水上勘探利用水聽器，陸上勘探利用地震檢波器。地震學家將對探測結果進行分析，來尋找油汽圈閉區的信號。
雖然現代石油勘探技術要比過去先進很多，但是在尋找新油田時仍然只有10%的成功率。一旦發現一個富油區，其位置在陸地上將用全球定位系統坐標進行標記，水中則用標志浮標進行定位。

確定好地點之後，必須對選定地區進行勘測以確定其邊界，此外可能還需要進行環境影響研究。石油鑽探必須獲取租賃協議、土地使用資格和權利，還要進行法律評估。對於近海地區，還需要確定法律管轄權。
法律問題解決之後，工作隊開始著手陸地准備工作：

將陸地打掃干凈並鋪平，修建交通道路。
因為鑽探過程需要水，所以附近必須有水源。如果不存在天然水源，工作隊會打一口水井。
工作隊會挖掘一個儲備池，用來處理鑽探過程中產生的岩屑和鑽探泥漿。儲備池底部會鋪設塑料襯層，以保護環境。如果該地區是一個生態易受破壞地區（如濕地或荒野），那麼岩屑和泥漿必須在其他地方進行處理——用卡車運走，而不是填入坑內。
陸地准備工作完成之後，還需要挖掘幾個鑽探孔，為搭建鑽塔和鑽探主孔做准備。在真正的鑽井孔周圍挖一個被稱為圓井的矩形深坑，圓井在鑽孔周圍為工作人員和鑽井設備提供了一個工作平台。之後，工作人員開始挖掘主孔，通常是利用一個小型鑽車，而不是大型鑽塔。鑽孔的第一部分要比主體部分大一些，也更淺一些，並會鋪設大直徑的導管。在一旁挖掘一些額外的鑽探孔，用來暫時儲存設備——這些鑽探孔完成之後，就可以運入並架起鑽探設備了。

搭建鑽塔
根據鑽探區與其交通道路之間的距離遠近，來決定是利用卡車、直升機還是駁船將設備運到現場。一些在內陸水域工作的鑽塔被建在海船或駁船上，因為那裡沒有可以支撐鑽塔的地基（例如濕地或湖泊）。設備到位之後，便開始搭建鑽塔。下面是陸地石油鑽塔的主要組成系統：
動力系統
大型柴油發動機——燃燒柴油以提供主要的動力來源
發電機——以柴油發動機為動力來提供電力

機械繫統——由電機驅動
提升系統—— 用來提升重物；由一個帶有大型鋼纜軸盤的機械絞盤（絞車）、一個滑輪組和一個電纜接收存儲滾筒組成
轉盤——鑽探設備的一個組成部分

旋轉設備——用於旋轉鑽探
轉環——一個大手柄，用來支撐鑽柱的重量，使鑽柱可以旋轉，並對孔口進行耐壓密封
轉管——四面或六面的導管，將旋轉運動傳輸到轉盤或轉柱上
轉盤或輪盤——利用電機提供的動力來推動旋轉運動
鑽柱——由鑽桿（連接部分，大約10米長）和鑽環（直徑更大、更重的導管，安裝在鑽桿周圍，由鑽頭承載其重力）組成
鑽頭——鑽孔機的末端，用來實際切割岩石；會針對不同的鑽探任務和岩石構成，在眾多形狀和材質（碳化鎢鋼或金剛石）的鑽頭中選用最適合的一種

套管——安放在鑽孔內的大直徑混凝土管道，用於防止鑽孔塌陷並允許鑽探泥漿進行循環

石油學會供圖
泥漿在鑽孔內循環

循環系統——在壓力作用下用泵抽取鑽探泥漿（水、粘土、加重材料和化學物質的混合物，用來把鑽頭上的岩屑帶到地表），使之通過轉管、輪盤、鑽桿和鑽環
泵——從泥漿坑中抽取泥漿，並把它抽吸到鑽探設備中
導管和軟管——連接泵和鑽探設備
泥漿迴流管道——使泥漿從鑽孔中迴流
泥漿振動篩——通過振動或者過濾將岩屑從泥漿中分離出來
滑道——將岩屑傳送到儲備池
儲備池——收集從泥漿中分離出來的岩屑
泥漿坑——鑽探泥漿進行混合和循環利用的場所
泥漿混合槽——新的泥漿在這里進行混合，隨後送入泥漿坑
鐵架塔——安放鑽探設備的支撐框架；鐵架塔必須足夠高，以保證在鑽探過程中可以向鑽探設備上添加新的鑽桿部件

防噴裝置——高壓閥（安裝在陸地鑽塔下或海床上）用來密封高壓鑽井管道，並在必要時降低壓力以防止發生井噴（即氣體或石油不受控制地噴出地表，經常會引起火災）
工作隊搭建起鑽塔開始鑽探工作。首先，他們在最初的鑽孔位置上鑽一個表孔，該孔的深度是預定的，要高於人們所認為的石油圈閉區的位置。鑽探表孔有五個基本步驟：
把鑽頭、鑽環和鑽桿放入孔內。
安裝轉管和轉盤，開始鑽孔。
鑽孔過程中，循環泥漿不斷通過鑽桿，並從鑽頭排出，使得岩屑可以浮出孔口。
隨著孔越鑽越深，要在鑽桿上增加新部件（接頭）。
到達預定深度（從幾十米到幾百米）後，移走（取出）鑽桿、鑽環和鑽頭。
到達預定深度之後，必須插入套管並進行固定 ——將套管部分置入鑽孔內，以防止鑽孔發生塌陷。套管外圍設有定位裝置，以保證它位於鑽孔中央。
負責套管的工作人員將套管放入鑽孔中。固井隊工作人員利用底塞、水泥漿、頂塞和鑽探泥漿通過套管向下灌注水泥。來自鑽探泥漿的壓力使得水泥漿流經套管，並充滿套管外部與鑽孔之間的空隙。最後，等待水泥凝固，然後對硬度、位置和完全密封等性能進行測試。

新的鑽探技術
美國能源部和石油業都在努力尋找石油鑽探的新方法，其中包括水平鑽探技術、在生態易受破壞地區進行石油開采以及利用激光技術鑽油井。
繼續鑽探階段：工作人員進行鑽探，然後放置新套管並用水泥進行加固，之後再進行鑽探。當泥漿所含的岩屑中出現貯油岩內的油沙時，就達到了最終深度。此時，工作人員將鑽探設備從鑽孔中移出，然後進行以下幾項測試以驗證這一發現：

測井——在鑽孔內放置電子和氣體感測器來測定那裡岩石的組成
鑽桿測試——在鑽孔內放置測壓裝置，該裝置可以顯示是否已經到達貯油岩
岩芯取樣——採集岩石樣品，尋找貯油岩的特徵
井噴和火災
在電影里，會看到鑽孔機到達最終深度時發生的油噴（井噴），甚至是火災。這些都是非常危險的情況，利用防噴裝置和鑽探泥漿產生的壓力（有可能）可以避免這些狀況的發生。在大多數油井中，都必須對油井進行酸化或碎裂處理，才能使油流出。
達到最終深度後，工作人員會將油井加以完善以保證石油能夠以可控制的方式流入套管中。首先，將打孔器放入油井內的產油深度處。打孔器內裝填有炸葯，可以在套管上炸開洞孔，從而讓石油經此處流出。套管開孔後，向鑽孔內放入一根小直徑的導管（油管），作為油氣流出井外的管道。一種叫做封隔器的裝置被安裝在油管外部的底端，當封隔器設置為生產狀態時，它會發生膨脹，從而在油管外部形成一個密封圈。最後，在油管頂部連接一個被稱為採油樹的多閥結構，並將其與套管頂部結合在一起。採油樹使得工作人員可以控制井內流出石油的流速。
油井完成後，必須讓石油流入油井內。如果是石灰石貯油岩，那麼通過向油井內注入酸，可以使之通過孔洞流出。酸會使石灰石內溶解出一條可供石油流入油井的通道。如果是沙岩貯油岩，那麼可以向油井中注入一種含有支撐劑（沙子、胡桃殼、鋁粒）的特殊混合液體，然後使石油通過孔洞流出。來自此種液體的壓力使得沙岩內部產生微小的裂縫，因此石油可以流入井內，而支撐劑可以維持這些縫隙的存在。石油流出時，石油鑽塔就會從現場拆除，同時安裝生產裝置來從油井中抽取石油。
鑽塔被移走後，將在井口放置一台油泵。

加利福尼亞州資源保護部供圖
用泵在鑽井中抽油

在泵抽系統中，利用電機帶動齒輪箱來移動控制桿。控制桿不斷地推拉拋光桿，使之上下移動。拋光桿連在一個抽油桿上，抽油桿又連著泵。該系統推動泵上下移動，從而產生一個吸力將石油從井裡抽上來。

在有些情況下，石油可能會因過於粘稠而無法流動。這時工人們會再鑽一個孔到達貯油區內，然後在壓力作用下注入蒸汽。蒸汽散發的熱量會使貯油區內的石油變稀，進而利用壓力作用將石油壓出井外。該過程被稱為原油強化回收。

加利福尼亞州資源保護部供圖
石油強化回收

雖然目前正在應用的石油鑽探技術眾多，並且新的方法不斷出現，但是問題仍然存在：我們會有足夠的石油來滿足需求么？根據目前和未來的石油發現量以及當今的需求量來估計，我們的石油儲量只能滿足未來63到95年的消耗量。

鑽探

工作隊搭建起鑽塔開始鑽探工作。首先，他們在最初的鑽孔位置上鑽一個表孔，該孔的深度是預定的，要高於人們所認為的石油圈閉區的位置。鑽探表孔有五個基本步驟：
把鑽頭、鑽環和鑽桿放入孔內。
安裝轉管和轉盤，開始鑽孔。
鑽孔過程中，循環泥漿不斷通過鑽桿，並從鑽頭排出，使得岩屑可以浮出孔口。
隨著孔越鑽越深，要在鑽桿上增加新部件（接頭）。
到達預定深度（從幾十米到幾百米）後，移走（取出）鑽桿、鑽環和鑽頭。
到達預定深度之後，必須插入套管並進行固定 ——將套管部分置入鑽孔內，以防止鑽孔發生塌陷。套管外圍設有定位裝置，以保證它位於鑽孔中央。
負責套管的工作人員將套管放入鑽孔中。固井隊工作人員利用底塞、水泥漿、頂塞和鑽探泥漿通過套管向下灌注水泥。來自鑽探泥漿的壓力使得水泥漿流經套管，並充滿套管外部與鑽孔之間的空隙。最後，等待水泥凝固，然後對硬度、位置和完全密封等性能進行測試。

新的鑽探技術
美國能源部和石油業都在努力尋找石油鑽探的新方法，其中包括水平鑽探技術、在生態易受破壞地區進行石油開采以及利用激光技術鑽油井。
繼續鑽探階段：工作人員進行鑽探，然後放置新套管並用水泥進行加固，之後再進行鑽探。當泥漿所含的岩屑中出現貯油岩內的油沙時，就達到了最終深度。此時，工作人員將鑽探設備從鑽孔中移出，然後進行以下幾項測試以驗證這一發現：

測井——在鑽孔內放置電子和氣體感測器來測定那裡岩石的組成
鑽桿測試——在鑽孔內放置測壓裝置，該裝置可以顯示是否已經到達貯油岩
岩芯取樣——採集岩石樣品，尋找貯油岩的特徵
井噴和火災
在電影里，會看到鑽孔機到達最終深度時發生的油噴（井噴），甚至是火災。這些都是非常危險的情況，利用防噴裝置和鑽探泥漿產生的壓力（有可能）可以避免這些狀況的發生。在大多數油井中，都必須對油井進行酸化或碎裂處理，才能使油流出。
達到最終深度後，工作人員會將油井加以完善以保證石油能夠以可控制的方式流入套管中。首先，將打孔器放入油井內的產油深度處。打孔器內裝填有炸葯，可以在套管上炸開洞孔，從而讓石油經此處流出。套管開孔後，向鑽孔內放入一根小直徑的導管（油管），作為油氣流出井外的管道。一種叫做封隔器的裝置被安裝在油管外部的底端，當封隔器設置為生產狀態時，它會發生膨脹，從而在油管外部形成一個密封圈。最後，在油管頂部連接一個被稱為採油樹的多閥結構，並將其與套管頂部結合在一起。採油樹使得工作人員可以控制井內流出石油的流速。
油井完成後，必須讓石油流入油井內。如果是石灰石貯油岩，那麼通過向油井內注入酸，可以使之通過孔洞流出。酸會使石灰石內溶解出一條可供石油流入油井的通道。如果是沙岩貯油岩，那麼可以向油井中注入一種含有支撐劑（沙子、胡桃殼、鋁粒）的特殊混合液體，然後使石油通過孔洞流出。來自此種液體的壓力使得沙岩內部產生微小的裂縫，因此石油可以流入井內，而支撐劑可以維持這些縫隙的存在。石油流出時，石油鑽塔就會從現場拆除，同時安裝生產裝置來從油井中抽取石油。

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D. 方案設計與實施

以技術調研、室內可行性評價實驗和油藏精細描述研究成果為基礎，優化設計了CO₂驅油試驗方案，並於2003年3月進行了礦場試驗。

1.注氣方案

(1)數值模擬研究

根據地質研究成果，建立了試驗區的三維地質模型。進行了數值模擬網格劃分，縱向上劃分為4個網格，並形成一套變深度的網格系統。平面上網格方向基本與構造長軸一致，網格總數為40×42=1680個。在三維地質建模的基礎上，對注氣驅油室內實驗數據進行了擬合。

PVT相態實驗擬合:應用相態模擬軟體Winprop對芳48井區原油高壓PVT實驗數據進行了擬合，主要包括地層流體重餾分的特徵化、組分歸並、飽和壓力計算、單次閃蒸實驗擬合、等組成膨脹實驗擬合、多級脫氣實驗擬合、注CO₂氣膨脹實驗擬合及相圖計算等。最後得到了能反映地層流體實際性質變化的流體PVT參數場。

擬組分劃分:將芳48井區地層原油歸並為6個擬組分:CO₂，N₂-C₁，C₂-C₆，C₇-C₁₆，C₁₇-C₃₀，C₃₁₊。在參數優化過程中重點考慮對原油性質和流動性質影響較大的飽和壓力、氣油比、密度等組成膨脹和流體黏度的擬合效果。

細管實驗擬合及注氣混相驅研究:通過細管實驗擬合，確定了芳48井區油藏流體注CO₂氣的最小混相壓力，同時模擬計算了注氣過程P-X相圖和多級接觸的擬三元相圖。分析了芳48井區油藏流體在注CO₂氣時的混相能力及特徵。

長岩心驅替實驗擬合:長岩心驅替實驗擬合的目的是通過對注氣方式和實驗結果的匹配，對相對滲透率曲線和毛管壓力曲線等參數進行適當的修正，為三維油藏數值模擬研究提供符合實際的基本滲流特徵數據。對3個不同壓力下的注CO₂氣長岩心驅替實驗進行了擬合(表6-28)。

表6-28 注CO₂氣長岩心驅替實驗擬合結果

在地質建模和實驗數據擬合的基礎上，對不同注氣速度的6套方案進行了數值模擬指標預測(表6-29)。從表中可見，隨著注氣速度的提高，採收率增加。主要由於注氣速度提高後使地層壓力保持水平升高，從而更有利於提高驅油效率。但隨著注氣速度的進一步提高，換油率下降。

表6-29 不同注氣速度數值模擬主要指標預測結果

從注氣速度與累積增油量的關系看(圖6-20)，隨著注氣速度的增加，累積增油量變化不大，表明提高注氣速度對開發效果影響不明顯。

圖6-20 CO₂注入速度與累積增油量的關系

(2)方案設計結果

根據室內實驗和數值模擬研究成果，平均日注CO₂15t時方案預測指標較好，且隨著注氣速度增加，採收率提高。到模擬結束時累積產油6.14×10⁴t，采出程度24.02%。考慮到室內實驗和數值模擬與礦場實際有一定的誤差，且為便於現場實際操作，盡量加快試驗進程，力爭早日得出CO₂驅油試驗結論，方案設計初期日注氣20t，同時根據注氣井和連通油井動態變化情況進行跟蹤調整。

2.採油工藝

(1)注入工藝

油管:通過玻璃鋼油管、滲鎳磷油管、耐蝕合金鋼油管對比分析，優選了J55鋼級、 ″平式滲鎳磷油管。

注入管柱:採用Y341-114封隔器整體式注入管柱，該管柱由井下循環閥、Y341-114封隔器、球座、喇叭口組成，井下工具採用抗CO₂腐蝕合金鋼加工，管柱可實現抗CO₂腐蝕、承壓高、密封性能好的要求，承壓差為25MPa，耐溫120℃，使用壽命可達2年以上。

注入井井口:注入井井口抗CO₂腐蝕可分為DD、EE和FF3個級別。DD級井口材質為35CrMo;EE級井口材質在與腐蝕性介質接觸的關鍵部位，如閥芯、隔環、壓蓋等採用抗CO₂腐蝕合金鋼材料製造，其他部位採用35CrMo;FF級井口材質全部採用抗CO₂腐蝕合金鋼;根據壓力資料，選擇承壓高、密封性好的KQ65-35-FF注入井井口;井口安裝單流閥。

輔助防腐工藝:在使用防腐油管和套管的同時，油管使用柴油作為隔離液，緩蝕劑預處理;油套環空加緩蝕劑進行壓力平衡、防腐來保護油、套管。目前，國內外較好的緩蝕劑主要類型有丙炔醇類、有機胺類、咪唑啉類和季胺類。中原油田對咪唑啉類緩蝕劑在不同濃度和不同分壓下進行了試驗，緩蝕率達86.7%～96.0%，說明咪唑啉類緩蝕劑能夠很好地防CO₂腐蝕。管柱下井後反循環替入防腐劑充滿油套管環形空間，後期注入過程間斷補充防腐劑。投注時，油管先擠入隔離液柴油，然後擠入防腐劑進行油管預處理。

(2)抽油舉升工藝

油管和抽油桿:滲鎳磷處理技術主要依靠滲鎳磷層(厚度為20～40μm)來隔絕鋼體與腐蝕介質的接觸，從而達到防腐的目的。該技術的優點是工藝簡單、成本低。考慮與測試技術相容，油井採用 小接箍外加厚 平式組合油管，即上部800m採用滲鎳磷 小接箍外加厚油管，其餘井段採用滲鎳磷 平式油管。

抽油桿採用Ф25×Ф22×Ф19mmH級表面滲鎳磷抽油桿;抽油泵選用Ф32mm整筒泵;抽油機選用YCYJ10-3-37HB節能抽油機;為滿足動態監測要求，考慮防CO₂腐蝕，井口選用偏心250-EE井口。

(3)機械採油配套工藝

防氣工藝:為提高泵效，防止氣鎖，在抽油泵下安裝氣錨。

清防蠟工藝:清防蠟劑採用油溶性清防蠟劑。

防腐工藝:采出井見效後，氣、水、油混合物存在一定的腐蝕性，在使用防腐蝕油管和抽油桿的同時，生產過程中，採用緩蝕劑防腐，並根據采出液CO₂監測量，確定加葯制度。

防垢工藝:從江蘇油田試驗情況看，CO₂驅在采出井出現了井下結垢現象，採取的措施是採用點滴加葯方式向油套環空加入阻垢劑。大慶油田採油八廠在2000年研究了井下固體防垢工藝，主劑為氨基三甲叉膦酸和聚丙烯酸鈉。室內實驗結果表明，當防垢劑濃度在2.0～6.0mg/L范圍內時，防垢率可達90.2%～98.4%。將防垢劑固化，安裝在抽油泵下部，隨生產管柱下入井內。現場檢測結果表明，試驗井采出液中阻垢劑的濃度能夠控制在有效濃度之內，有效期1年，起到了較好的防垢作用。因此在采出井下入井下固體防垢器和油套環空加阻垢劑的措施進行防垢。

計量工藝:根據地面流程，確定相應的單井計量工藝，採用液面恢復法和井口收油罐量油或翻斗計量方式同時計量。

3.地面工藝

注入工程:在試驗區建注入站1座，液態CO₂冷凍儲存，升壓注入。在注入井西南側建注入站1座，由CO₂站的罐車將CO₂送到注入站後，經卸車泵輸入30m³儲罐，設置一套製冷裝置維持儲罐溫度在0～10℃，儲罐內的CO₂經注入泵注入井口。由於該工藝未考慮喂液泵，在試驗過程中無法正常運行，後調整為撬裝注氣裝置，滿足了試驗區注氣要求。

原油集輸工程:原油集輸系統新建油井5口採用集中拉油方案。單井計量均採用固定式翻斗儀計量;集油管道內採用熔結環氧粉末防腐層，厚度大於等於350μm，工廠預制;補口採用承插式管道內補口接頭，現場焊接。儲罐內防腐層結構為:環氧富鋅底漆2道，干膜厚度80μm，環氧防靜電塗料面漆2道，干膜厚度120μm。

4.方案實施情況

注氣井(芳188-138)於2003年3月開始試注，該井只射開FⅠ7層，砂岩厚度10.3m，有效厚度6.0m，未壓裂直接投注。初期井口壓力14～15MPa，日注液態CO₂5t。截至2004年6月底，油壓13.0MPa，日注液態CO₂3t左右，受注入狀況等因素影響，僅累積注入液態CO₂596t。2004年7月以來，按方案實施，平均日注氣20t左右。截至2004年12月底，注入壓力在12.5MPa左右，累積注入液態CO₂5396t(0.1079PV)。

2005年繼續按方案設計注氣(日注20t左右)，其間5～7月對注氣井組進行了整體試井。截至2005年底，注入壓力在12.5～13.0MPa，累積注入液態CO₂15000t(0.3PV)。

根據井組內油井受效和見氣情況，2005年10月改為脈沖注氣，並利用數值模擬技術對脈沖注氣周期、注氣速度等參數進行了優化。根據優化後的方案，先後分3個段塞注入液態CO₂5239t。截至2006年底，累積注氣20373t，注入地下體積0.407PV。2007年1～2月按方案要求停注，4月份恢復注氣11d，共注入CO₂301t;受鑽關等因素影響，5～9月注氣井停住;10月份開展了注氣井組雙向調剖現場試驗，共注入調剖劑480m³和CO₂533t。截至2007年底，累計注入CO₂20674t(0.413PV)。

試驗區4口老油井平均單井射開砂岩厚度12.9m，有效厚度10.9m。1999年10～11月用YD-89型射孔槍射孔後，進行了壓裂改造，平均單井壓裂砂岩厚度12.2m，有效厚度10.3m。2002年底轉抽油投產，初期平均單井日產油3.5t，採油強度0.34t/d·m;2004年8月為加快試驗進展，投產了距注氣井80m的未壓裂井芳188-137，投產初期幾乎沒有自然產能，2005年3月對該井進行了吞吐試驗，吞吐後該井開始受效，日產油最高1.5t。試驗區從2004年7月開始受效，到2005年3月見到注入氣，經過脈沖注氣、油井間開等調整措施，投產5年時平均單井日產油0.8t，採油強度0.08t/d·m。

E. 　中國南海流花深水油田開發新技術

流花11-1油田位於中國南海珠江口盆地29/04合同區塊，在香港東南方220km，海域平均水深305m。

流花11-1油田是中國海油和阿莫科東方石油公司（Amoco Orient Petroleum Company）聯合開發的油田。流花11-1油田1987年1月發現，1993年3月在發現該油田6年後，政府主管部門正式批准了該油田總體開發方案，隨即啟動油田開發工程建設，於1995年5月投產，作業者是阿莫科公司。

流花11-1油田包括3個含油圈閉，即流花11-1、4-1和11-1東3個區塊。流花11-1區塊基本探明含油麵積36.3km²，地質儲量15378×10⁴t，控制含油麵積53.6km²，地質儲量6426× 10⁴t。流花4-1區塊控制含油麵積18.2km²，地質儲量1753×10⁴t。流花11-1東區塊控制含油麵積11.3km²，地質儲量458×10⁴t。全油田探明加控制含油麵積為83.1km²，地質儲量共計24015×10⁴t，是迄今為止在中國南海發現的最大的油田。目前先投入開發的流花11-1區塊，只是流花11-1油田的一部分。

要經濟有效地開發這樣一個大油田，面臨著諸多技術上的難題：水深大、環境條件惡劣、原油比重大、黏度高、油藏的底水充足且埋深淺。針對這些特點，經過中外雙方技術人員共同努力，開拓創新，用全新的思維觀念，採用了當今世界頂尖的高新技術，在工程開發過程中創造了「3個首次、7項一流」。

流花11-1油田設計開采年限12年，工程設施設計壽命為20年，批准投資預算65300萬美元，實際投資決算62200萬美元，比預算節約了3100萬美元。

一、工程開發方案

流花11-1油田採用深水全海式開發方案。整個工程設施包括5部分：半潛式浮式生產系統（FPS）南海「挑戰號」、浮式生產、儲卸油裝置（FPSO）南海「勝利號」、單點系泊系統、海底輸油管線和水下井口系統（圖12-1）。

圖12-1流花11-1油田工程設施圖

二、設計條件

（一）環境條件

a．流花11-1油田作業海區除了冬季風、夏季強熱帶風暴（台風）的影響外，還有一種特殊的海況——內波流，它也是影響作業和系統選擇的主要因素。1990年單井測試期間，曾發生過由內波流引起的幾次拉斷纜繩、船體碰撞，甚至拉斷浮標或擠破漂浮軟管的事故。

b．流花11-1油田環境參數見表12-1。

c．流花11-1油田「挑戰號」FPS柔性立管設計參數見表12-2。

d．流花11-1油田「挑戰號」浮式生產系統FPS設計環境參數見表12-3。

e．流花11-1油田「勝利號」FPSO方向性海況設計參數見表12-4。

表12-1流花11-1油田環境參數

表12-2「挑戰號」FPS柔性立管設計參數（百年一遇）

表12-3「挑戰號」FPS浮式生產系統環境設計參數

表12-4「勝利號」FPSO方向性海況設計參數

（三）其他設計參數

水下井口配套設備，包括壓力儀表，其管路最大工作壓力為15.5MPa(22401b/in²）；

單井高峰日產量：2384m³/d，含水范圍0%～93%;

FPSO日處理能力：47670m³/d；

大氣溫度：16.4～33.7℃；

水下作業溫度：11～31℃；

井液溫度：11～52℃。

所有的管路材料及計量和壓力儀表應適於輸送帶硫化氫和二氧化碳的液體，內表層應進行化學防腐處理，外表層以油漆和犧牲陽極進行保護。

（四）延長測試

為了解決油田強大底水快速錐進，減緩水錐速度，更大程度地挖掘油田潛能，對油田長期產能作進一步分析，有效地提高採收率，在正式開發之前用了半年時間對3口井進行了延長測試。

a．流花11-1-3井為一口穿透油藏的直井，初始日產量363m³，綜合含水20%,42d後日產量350m³，綜合含水升至70%。

b．流花11-1-5井，為一口大斜度延伸井，落入油藏段的井斜段達78%，初始日產量為1271m³，綜合含水0%;51d後日產量降為874m³，綜合含水升至51%，水錐上升速度較直井有明顯改善。

c．流花11-1-6井為一口水平井，水平井段全部落入油層頂部滲透率最好的層段，初始日產量1907m³，綜合含水為0%;120d後日產量為1017m³，綜合含水為26%。與前2口井相比，採用水平井開采不但可以提高單井產量，還可以減緩底水水錐速度，是該油田最佳的開發方案。

三、南海「挑戰號」浮式生產平台（FPS）

流花11-1油田海域水深將近310m，使用常規的導管架固定平台結構形式，僅導管架本身費用就高達10億美元，而新造一座張力腿平台的費用估計要12億美元。經過技術和經濟上的論證和比較，最終採用了改造半潛式鑽井平台方案，全部改造費用也不超過2億美元。根據使用要求，改造後的浮式生產系統不但能抵禦海區百年一遇的惡劣海況，還能滿足鑽井、完井、修井作業要求，並且能夠安裝、回收和維修水下井口設備，監視控制水下井口，為井底電潛泵提供懸掛月池和供給電力。根據台風極值具有方向性，東北方向的風、浪、流極值明顯比西北方向大的特點，改變常規的8根或12根錨鏈對稱系泊方式為非對稱的11根錨鏈，還根據實際受力情況，使大部分錨鏈長度有所縮短。錨鏈直徑φ127mm，單錨重量40t，是目前使用於海上商業性用途最大的船錨。錨泊力可以承受百年一遇強台風的襲擊，將南海「挑戰號」永久性地系泊在海底。

「挑戰號」的設計使用壽命是20年。

1993年7月購進改造用的半潛式鑽井平台，經過22個月改造設計和船廠施工，於1995年4月系泊到油田預定位置。

「挑戰號」還配有2台ROV遙控機器人支持作業，通過25根水下電纜向井口供電。生活模塊可容納130人居住。

四、浮式生產儲卸油輪（FPSO）和單點系泊系統

（一）南海「勝利號」浮式生產儲卸油輪（FPSO）

南海「勝利號」是由一艘14萬噸級的舊油輪改裝的，該油輪型長280m，型寬44m，型深23m，吃水17m。改裝後的油輪具有發電、原油凈化處理、原油儲存和卸油功能。高峰日處理液量為4.77×10⁴m³，日產油量1.03×10⁴m³，可儲存原油72萬桶。針對流花11-1油田原油黏稠特點，原油處理流程採用了世界先進的電脫鹽/脫水二合一新技術，即在一個設備內，分步完成原油脫鹽和脫水。海上油田使用這項新技術在世界上也屬首次，不但節省了大量的空間，還節約了上百萬美元的工程費用。

「勝利號」生活樓模塊可容納85人居住。儲存的合格原油經串靠的穿梭油輪外運銷售。

（二）「勝利號」單點系泊系統

「勝利號」浮式生產儲卸油系統（FPSO）採用永久式內轉塔單點系泊系統。單點用錨鏈固定於海底，通過油輪船體前部空洞內的轉塔機構與船體相連，油輪可繞單點作360°的旋轉。這種結構形式在國內是首次採用，在深水情況下比固定塔架式系泊結構要經濟得多。設計環境條件採用百年一遇極端海況，用10條Φ114.3mm錨鏈系泊。根據環境條件各個方向極值的差別，適當調整錨鏈長度。該單點系泊系統為永久不可解脫式，最大系泊力為600t。

五、水下生產系統

（一）水下井口系統的選型

a．分散水下井口生產系統，適用於作業海區海流流向沿深度分布基本一致並相對穩定的情況。水下井口之間可通過柔性管線相連或與總管匯相連，也可直接與油輪相連，這種水下井口系統的優點是已有一定經驗，井口和表層套管的定位精度要求低。其缺點是，水下井口之間的軟管與特種液壓接頭的成本及安裝費用高，海流方向不穩定時易引起軟管的纏繞，造成軟管和接頭部位損壞，單井修井會影響其他井生產，且施工安裝海況要求高、時間長。

b．集中水下井口生產系統，適用於各種海流條件，井口導向底座之間用鋼質跨接管相連成一整體。這種結構形式以前還從未採用過，缺乏經驗和現成的配套技術及設備，井口和表層套管的定位精度要求高。另一方面，這種結構形式的優點是鋼性跨接管接頭成本遠低於柔性軟管和液壓接頭，只相當於後者約1/3。單井修井作業不影響其他井正常生產，相對獨立的軟管可以單獨安裝和回收，且運動范圍小，不會發生軟管的摩擦和纏繞，鋼性跨接管的測量、安裝和回收作業可與其他作業同時進行，且不需動用其他船隻，在較惡劣海況下照常作業，效率高。通過全面研究對比，最終選用了集中水下井口生產系統。

（二）水下井口系統的主要結構和復裝順序

集中水下井口生產系統被稱為「組塊搭接式控制體系」，是流花11-1油田工程創新最多的體系，首創的新技術包括：集液中樞管匯；鋼制井口間跨接管；濕式電接頭在海上平台的應用；浮式生產平台支持的懸鏈式柔性立管系統；水下生產液壓控制系統；遙控水下作業機器人ROV；新型海底管道固定底座及鋼制長跨接管；水下卧式採油樹。

水下井口設備分三大塊安裝，先將導向生產底座（PGFB）鎖緊在762mm的表層套管頭上，用鋼制跨接管將PGFB下部集輸管線接頭連接起來，從而將獨立的水下井口連成一體，形成復線的封閉迴路，再將水下採油樹鎖緊在476mm的井口頭上，將採油樹出油管線接頭與生產底座上的閥門相連，最後將採油樹帽連同電潛泵電纜一起蓋在採油樹上，電潛泵的電路被接通，原油經採油樹出口進入PCFB下部集輸管匯內，匯集到中樞管匯，再從中樞管匯通過鋼制長跨接管進入海底輸油管道，輸往南海「挑戰號」進行處理。

（三）水下井口設備的功能

1．中樞管匯

中樞管匯組塊長21.3m，寬2.1m，高2.1m，重60t。由2根457.2mm生產管線和1根203.2mm測試管線組成，分別與2條342.9mm(13.5in）海底輸油管線和1條152.4mm的海底測試管線對應。每根管線引入6個接頭，其中4個接頭與井口採油樹的4個翼閥相接，1個接頭與海底管線相接，1個接頭用作管線間的轉換閥。安裝時用平台吊機將中樞管匯吊起扶正，接近轉台，再用鑽機大鉤穿過月池安放到海底。中樞管匯還作為液壓盤的基礎，主控室的液壓信號通過分配盤傳遞到各採油樹上。

2．永久生產導向底座PGFB

與常規的永久導向底座相比，除了尺寸4.8m×4.8m更大，具有導向和作基礎功能外，還具有集液功能。底座下部設計了2條304.8mm集液管，從採油樹出來的原油經生產閥進入集液管。底座的導向桿也經過改進，可以回收多次利用。

3．卧式水下採油樹

為了適應水下無人工潛水作業，這種採油樹帽將所有閥門設計在水平方向並由水下機器人操作。16個不同性能的球閥閥門的開關集中設在便於遙控機器人ROV操作的一塊操作盤上，可用機器人操作這些開關，來控制生產閥、環空閥、安全閥、化學葯劑注入閥等。這些閥門也可由平台液壓控制開啟和關閉，在應急情況下安全閥可自動關閉。

4．水下採油樹帽

採油樹帽蓋在採油樹頂部，帽內側固定濕式電接頭（WMEC）插座，外側法蘭盤內是乾式電接頭（DMEC）插頭，乾式電接頭被固定在IWPC終端法蘭盤內，在平台上先接好乾式電接頭法蘭。考慮到惡劣的環境條件可能對IWPC拉扯造成採油樹的破壞，在IWPC一端設計了一種安全破斷法蘭，在荷載尚未達到破壞採油樹之前，破斷法蘭的螺栓首先破斷，使IWPC與採油樹帽脫離。

5．採油樹及採油樹帽的安裝

安裝作業所使用的工具是一種多功能完井、修井工具（URT）。這種工具經4條導向纜坐在採油樹上，整套系統由液壓控制，能自動對中，調整高度，平緩而高效，不但能安裝採油樹和採油樹帽，還能回收採油樹帽，暫時停放在PGFB上，進行油管塞密封壓力和濕式電接頭電路測試，省去了將採油樹帽和IWPC收回到平台測試再安裝的復雜作業。這種工具的下部為一長方形框架結構，4根用作導向的漏斗柱體間距與採油樹導向漏斗完全相同，1根中心桿，通過液壓控制，可平緩移動。

6．水下遙控機器人（ROV)

2台機器人都是根據流花11-1油田的使用要求設計製造的，一台為永久式，在平台上作業；另一台為移動式，能移到工作船上進行潛水作業。2台機器人的功率均為73.5kW (100HP）,6個推進器，6架攝像機（其中1架為可調焦，1架為筆式裝在機械手上），能在2浬的海流中拖著183m的臍帶作業，配備有多功能的模塊——MFPT。ROV配備有下列模塊：旋轉工具模塊、機械手插入式液壓推進器、自動對中伸縮液壓驅動器、輔助作業工具、柔性工作繩剪斷器、電纜截斷器、電纜抓緊器、低壓沖洗槍、黃油注入工具、定位伸縮吸盤、液壓圓鋸、1隻7功能Schilling機械手、1隻5功能Schilling大力機械手和拔插銷功能等。由於設計時考慮了各種作業工況的要求，並事先進行了模型試驗，因此，在實際作業過程中性能良好，一直保持著非常高的作業效率。

7．海底管線連接固定基座（TIB）

海底管線連接固定基座（TIB）是一個將海底管線與水下井口連接在一起的裝置。它的一側通過3根長為22.9m、17.4m和11.3m的鋼制長連接管與水下井口中樞管匯相連，另一側與3條海底管線相接。海底管線連接固定基座（TIB）由浮式生產平台安裝，TIB與3條海底管線的連接則由一套無潛水軟管連接系統（DFCS）完成。DFCS由1台ROV攜帶下水，當海底管線下放到接近目標位置時，另1台 ROV將從 DFCS上引出一條鋼絲繩，將鋼絲繩端的QOV卸扣掛在海底管線連接頭的吊點上，拉緊鋼絲繩，使海管介面順導向槽逐漸貼近TIB上的介面，由ROV將液壓驅動器插頭插進接頭鎖緊孔鎖緊接頭，密封試壓合格後，鬆掉接頭上的ROV卸扣，便完成安裝作業。

六、海底輸油管線

流花11-1油田海底管線包括3部分內容。

1．生產管線

數量：2根；

直徑：131/2」；

輸送介質：油水混合液體；

材質：動力柔性軟管；

距離：從「挑戰號」浮式生產系統（FPS）下面的海管立管基座到「勝利號」浮式生產、儲卸油裝置下面的立管基座（PRB）；

長度：2.24km。

2．計量管線

數量：1根；

直徑：6」；

輸送介質：油水混合液體，單井計量或應急情況下代替生產管線；

材質：動力柔性軟管；

距離：從「挑戰號」浮式生產系統（FPS）下面的立管基座到「勝利號」浮式生產儲、卸油裝置下面的立管基座（PRB）；

長度：2.24km。

3．立管

數量：生產立管2根，計量立管1根；

直徑：生產立管131/2」，計量立管6」；

輸送介質：液體；

材質：動力柔性軟管；

距離：從「勝利號」浮式生產儲、卸油裝置下面的立管基座到上面的轉塔式單點。

七、水平井鑽井技術

（一）井眼軌跡的設計

該油田特點是面積大、油層埋藏深度淺，從泥面到油藏頂面的垂直距離只有914m。受油藏埋深限制，平台鑽水平井的最大控制半徑約為3km。為保證電潛泵能在無橫向扭矩條件下運轉，水平井井眼軌跡設計分為2個造斜井段，在2個造斜井段之間設計了一段穩斜井段，將電潛泵下入到穩斜井段中。為防止電潛泵下入時受到損壞，第一個造斜井段的造斜率不得超過7°/30m。20口水平井設計的水平井段均處在厚度約為6.8m孔隙度最好的B1層，水平段長度為800m，總水平位移約為910～2590m。

（二）鑽井技術和特點

a．首先使用隨鑽下套管的新工藝安裝套管，成功地完成了25根導管安裝作業。安裝作業時間總計14.4d，平均單井安裝時間14.8h，與常規方法相比較節約時間36d。

b．採用成批鑽井方法，對444.5mm(171/2in）和311.2mm+215.9mm(121/4in+81/2in）井段分別採用成批作業方式。444.5mm井段測量深度650m，平均單井完成時間1.5d;311.2mm+215.9mm井段測量深度2040～3048m，平均單井完成時間10.8d。成批鑽井作業方法的應用大大加快了鑽井作業的速度。

c．鑽井液使用PHPA水基泥漿體系和海水（加Xanvis泥漿）鑽造斜段和水平段，降低了泥漿成本，提高了鑽井速度，減少了對油層的污染，保護了環境。

d．導向鑽井技術採用先進的水平井設計技術和GST(GeosteeringTool）井下導向鑽井工具，隨時掌握鑽井狀態和監測鑽遇地層，及時確定目的層的深度和調整井眼軌跡，不但加快了鑽井進度，還使水平井准確落入厚度僅為6.8m的B1目標層位的比例達到91%。

（三）主要鑽井指標

油田投產前，鑽井作業除成批安裝25套762mm(30in）導管外，共鑽井17口，完井12口，總進尺28207m，總天數180d，平均測量井深2351m，水平井段813m，水平井段落入B1目標層位的比例為91%，單井作業周期13d，單井費用196萬美元。

八、完井管柱

1．油管掛

完井管柱的安裝是通過油管掛安裝工具（THRT）起下油管掛來完成的。油管掛經導向槽導向著陸，再鎖緊在採油樹內的密封布芯內。

2．濕式電接頭（WMEC）

濕式電接頭（WMEC）是電潛泵井下電纜的終端，通過招標選用國外標准化產品，其插頭固定在油管掛中，插座固定在採油樹帽中，在蓋上採油樹帽時，套筒形的插座隨採油樹帽一起套在油管掛插頭上，在海水中對接即可通電，且保證不會漏電，無需再專門進行安裝。插頭咬合部分類似於普通的三相插頭，整個套筒插座長約50cm，直徑約8cm。

為保險起見，用電絕緣液沖洗採油樹帽與油管掛之間的空間，再用氮氣將電絕緣液擠出，以保證濕式電接頭（WMEC）不會因長時間在變高壓和變頻強電流工作狀態下，工作產生高熱量導致採油樹帽熱膨脹而損壞。

濕式電接頭的工作參數為：電壓5kV，電流125A，頻率60Hz。

3．電潛泵

由於流花11-1油田原油黏度高、密度大、井底壓力低以及後期含水上升快等特點，因此選用加電潛泵採油工藝。所選用的電潛泵是Reda公司提供的562系列電潛泵總成，HN13500、73Stages、540HP、125Ams、5000Volts。為電潛泵供電的水下電纜下端與採油樹帽相連，上端懸掛在FPS下層甲板上，與電潛泵控制室中的變頻器相連。單井生產閥和安全閥的開關由FPS上的液壓系統直接控制，採油樹上的液壓接頭通過水下控制軟管與水下中樞管匯液壓分配盤相連，而液壓分配盤通過液壓控制纜與FPS中控室相接。

4．水下坐封式生產封隔器

由NODECO提供的可再次坐封的封隔器有4個通道，包括地層液流動通道、ESP電纜穿越器、化學葯劑注入管線和備用管線通道。它的主要特點是可以再次坐封，採用再次坐封的封隔器可以避免每次修井都要起出管柱更換封隔器，從而節約了修井時間和費用。