油氣開采畢業(yè)論文.doc

中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設計（論文）題 目： 深水油氣資源勘探分析 學習中心： 年級專業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 導師單位： 中國石油大學（華東）遠程與繼續(xù)教育學院論文完成時間： 2011 年 12 月 12 日摘 要深水油氣勘探始于20世紀60年代末，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，特別是近20年來的發(fā)展，取得了突出的成就，相繼發(fā)現(xiàn)了一批巨型、超巨型油氣田，油氣儲量得到快速增長，使全球深水油氣資源勘探開發(fā)的熱潮再度升溫。我國深水勘探雖然剛剛起步，但資源潛力大，發(fā)展前景好。深水區(qū)以其豐富的油氣資源、較大規(guī)模的儲量、產(chǎn)量高、效益好等特點引起人們的濃厚興趣，但隨著作業(yè)海域不斷擴大、水體深度不斷增加，其面臨的問題也越來越多。 關鍵字：勘探、開發(fā)、特點、資源、問題、啟示。目 錄第一章 前言 1第二章 深水油氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀 2第三章 深水油氣勘探開發(fā)的特點 3第四章 深水油氣勘探開發(fā)面臨的問題 5第五章 深水油氣資源開發(fā)過程中的天然氣水合物 10第六章 對我國的啟示和思考 14參考資料 16致謝 17第一章 前言深水油氣勘探始于20世紀60年代末，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，特別是近20年來的發(fā)展，取得了突出的成就，相繼發(fā)現(xiàn)了一批巨型、超巨型油氣田，油氣儲量得到快速增長，使全球深水油氣資源勘探開發(fā)的熱潮再度升溫。我國深水勘探雖然剛剛起步，但資源潛力大，發(fā)展前景好。深水是個動態(tài)的概念，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)涵不斷變化，深水定義的范圍也不斷地發(fā)生變化，且還將繼續(xù)變化。20世紀70年代深水最低界限為100m，到20世紀80年代晚期使用300m一直沿用至今，但美國礦管機構(gòu)于2003年將深水區(qū)定義為水深大于450m的地區(qū)，水深大于1500m的區(qū)域稱之為超深水區(qū)。事實上，目前水深400500m以下海域的勘探技術(shù)早已成熟，因此常將400500m作為深、淺水的界限。第二章 深水油氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀當前，世界深水油氣勘探主要集中在墨西哥灣、南大西洋兩岸的巴西與西非沿海三大海域，被稱為深水油氣勘探的“金三角”。這3個地區(qū)集中了當前大約84%的深水油氣鉆探活動，其中墨西哥灣最多，占到32%；其次為巴西，占30%；第三為西非，它們集中了全球絕大部分深水探井和新發(fā)現(xiàn)儲量。此外，北大西洋兩岸、地中海沿岸、東非沿岸及亞太地區(qū)都在積極開展深水勘探活動。近來，挪威和俄羅斯準備在巴倫支海域聯(lián)合開展油氣勘探。我國深水海域面積廣闊，沉積凹陷發(fā)育，資源潛力大，勘探前景良好。南海海域具有豐富的油氣資源和天然氣水合物資源，石油地質(zhì)儲量約為230億300億噸，占我國油氣總資源量的三分之一，其中70%蘊藏于深海區(qū)域。但我國目前油氣開發(fā)還主要集中在陸上和近海。隨著全球能源消耗需求的增長，在加大現(xiàn)有資源開發(fā)力度的同時，開辟深海油氣勘探開發(fā)領域以尋求新的資源是當前面臨的主要任務。（圖：海洋油氣資源勘探開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)過）第三章 深水油氣勘探開發(fā)的特點 3.1高技術(shù)由于水深壓力大、海底地形復雜及海浪大等因素，深水油氣勘探必須采用能夠承超壓、抗風浪、克服海底地形干擾的深水專用關鍵技術(shù)、設備和裝備，技術(shù)水平要求高。在勘探方面，需要采用適合復雜海底地形和超深水環(huán)境下的地震采集處理技術(shù)和重磁電震綜合勘探技術(shù)；在鉆探方面，需要深水和超深水鉆井技術(shù)，包括深水鉆井船、鉆井平臺的設計、建造技術(shù)；在生產(chǎn)方面，需要水面和水下工程技術(shù)，特別是水下生產(chǎn)、處理和運輸關鍵技術(shù)，這些都是現(xiàn)代的高技術(shù)領域。3.2高投入深水油氣勘探開發(fā)是一項高投入的系統(tǒng)工程，綜合成本高。據(jù)估算，深水探井鉆探平均費用比陸上平原區(qū)高一倍以上，同等規(guī)模產(chǎn)能建設費用，深水比淺水、陸上高出數(shù)倍，而且，日益活躍的深水勘探引起深水作業(yè)船供不應求，租金不斷上漲，一度高達50萬美元/日，導致相應的投入需求不斷增加。3.3高風險除了油氣勘探的地質(zhì)風險之外，環(huán)境風險也很高。盡管深水油氣勘探開發(fā)離大陸遠，不容易遭受恐怖襲擊等人為因素影響，但易遭受颶風、海嘯等自然氣候影響，比如，2006年8月的卡特麗拉颶風襲擊了墨西哥灣，導致了大部分海上石油作業(yè)平臺和生產(chǎn)設施被破壞，美國海上石油產(chǎn)量減少80%左右。3.4高成功率1985年，全球深水油氣勘探成功率僅為10%左右，20世紀90年代以來，深水勘探成功率顯著提高，平均超過30%。其中，西非深水成功率最高，下剛果盆地的地質(zhì)成功率甚至高達80%以上，巴西深水鉆探成功率為50%以上，墨西哥灣為33%。3.5油氣田規(guī)模大初步統(tǒng)計顯示，巴西坎坡斯盆地深水區(qū)油氣田平均規(guī)模3.85億桶，墨西哥灣北部深水區(qū)油田平均規(guī)模1.2億桶，西非深水區(qū)油田平均規(guī)模超過2.0億桶，遠高于淺水區(qū)油氣田平均規(guī)模。第四章 深水油氣勘探開發(fā)面臨的問題深水區(qū)以其豐富的油氣資源、較大規(guī)模的儲量、產(chǎn)量高、效益好等特點引起人們的濃厚興趣，但隨著作業(yè)海域不斷擴大、水體深度不斷增加，其面臨的問題也越來越多。4.1油藏規(guī)模越來越小隨著勘探的不斷深入，早期易于發(fā)現(xiàn)的大型構(gòu)造圈閉越來越少，隨之而來的是規(guī)模較小的中小型圈閉。這些邊際油田的勘探開發(fā)風險增大，很可能因達不到目前經(jīng)濟開采門檻而導致無法開發(fā)。以墨西哥灣為例，近年來發(fā)現(xiàn)的油氣藏規(guī)模平均較20世紀90年代后期要小得多。4.2油藏流體越來越復雜隨著勘探開發(fā)的深入，不斷發(fā)現(xiàn)高蠟、粘稠及超重原油，這些品位較低的原油既不容易采出，又容易堵塞管道，從而增加開發(fā)成本和風險。此外，高溫高壓也增加了油氣藏勘探開發(fā)的難度和風險。在海上石油的勘探開發(fā)中，由于處于深水環(huán)境下，海底油氣田的海水溫度很低(通常4左右)、管中靜水壓力很高，這對海上和水下結(jié)構(gòu)物提出了苛刻的要求，也對海底生產(chǎn)和輸送管線提出了更為嚴格的要求。來自油氣田現(xiàn)場的應用實踐表明，在深水油氣生產(chǎn)和混輸管道中，由多相流自身組成(含水、含酸性物質(zhì)等)、海底地勢起伏、運行操作等帶來的問題，如段塞流、析蠟、水化物、腐蝕、固體顆粒沖蝕等，已經(jīng)嚴重威脅到生產(chǎn)的正常進行和海底集輸系統(tǒng)的安全運行，由此引起的險情頻頻發(fā)生。4.3 越來越惡劣的海洋作業(yè)環(huán)境隨著勘探開發(fā)活動不斷向深水和自然環(huán)境惡劣海域等新領域推進，面臨著越來越惡劣的海洋作業(yè)環(huán)境。風浪、洋流以及颶風等可對海洋油氣勘探生產(chǎn)造成極大危害。4.4 新技術(shù)要求越來越高由于水深增加、油藏流體變復雜以及越來越惡劣的海洋作業(yè)環(huán)境等，對新技術(shù)和裝備等提出了更高的要求。如高分辨率的三維地震成像技術(shù)，四分量/四維（4c/4d）地震技術(shù)，更先進的鉆井完井技術(shù)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、強度更大、更耐腐蝕性的深水平臺，以及更智能化的海底生產(chǎn)系統(tǒng)等。此外，越來越多的海底設施、低溫、鹽層、海底地形、深海環(huán)境和生物的保護以及相關法規(guī)等，都是深水油氣勘探開發(fā)中需要面臨和解決的問題。而且，每一個涉及深水油氣資源的開發(fā)公司，從最初的油藏分析到最后的鉆井生產(chǎn)，都會面臨一系列特殊的挑戰(zhàn)，以及一些必須要系統(tǒng)處理的問題。比如：4.4.1 為了長期保持經(jīng)濟有效，如何對油藏生產(chǎn)進行更好管理問題。例如在巴西深水域具有高風險的地帶，就面臨著無數(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)。已經(jīng)出現(xiàn)的具有潛力的技術(shù)包括智能完井綜合系統(tǒng)，這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)油藏的有效排驅(qū)，并能使油藏長期的獲得經(jīng)濟效益。智能完井通過系統(tǒng)操作能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的錄制、檢測和控制，現(xiàn)在這項技術(shù)的適用性已經(jīng)得到了驗證。一口智能井能夠使操作者減少干預、實現(xiàn)近距離檢測，并能夠控制流體的流動，因此能夠使生產(chǎn)和油藏的管理過程最優(yōu)化，已達到獲得最大經(jīng)濟價值的目的。4.4.2高壓井的壓裂和防砂透油藏的鉆井和完井過程中都會造成地層的傷害，因此降低了上生產(chǎn)的效率。為了提高生產(chǎn)效率、改善經(jīng)濟效益，這些井必須經(jīng)過酸化或者是人工壓裂處理。對于鉆遇垂直滲透率很小的分層地層的井，同樣需要人工壓裂處理。在墨西哥灣大量的井已經(jīng)打到了20000ft的深度，井底流壓超過了20mpa。這些特殊的地層同時需要低滲油藏的壓裂處理和高滲地層的防砂控制。哈里伯頓公司為了滿足這一目的，生產(chǎn)了一種加重壓裂液以及深水域fracpac系統(tǒng)。這種高密度的壓裂液利用液柱靜水壓力有效減低表面壓力34mpa，這樣就能達到安全運行參數(shù)的范圍之內(nèi)。fracpac系統(tǒng)設備能夠為高流量、大體積支撐劑的應用提供防腐蝕性要求。4.5如何防止沉淀物的生成以保持管線和井壁的干凈以提高流量。深水中生產(chǎn)后，要經(jīng)過長距離管線的運輸，在這過程中要經(jīng)歷極端多變環(huán)境下多相流的不斷混合，因此流量的保證成為關鍵。流量控制問題最大的挑戰(zhàn)包括井壁和管線上沉淀物的生成。管線內(nèi)部表面任何的擾動，例如析蠟、水合物、瀝青或腐蝕，都能夠嚴重的影響生產(chǎn)，因此需要能夠的供給來保證設計的流量。保持清潔的井壁和管線能夠使生產(chǎn)最大化，增加系統(tǒng)的壽命，提高系統(tǒng)的可靠性，同時降低相關的安全風險，并最終為運營商提高最低收益線。管線的清理過程構(gòu)成了復雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，這需要操作者應對多變的環(huán)境、更嚴格的集輸要求和多相流動情況。沒有單一一個方案適用于每一種情況。綜合流量保障系統(tǒng)包含了一系列的技術(shù)和資源，包括分析和工程評估、化學和機械清洗以及熱處理系統(tǒng)。4.6如何確保高含h2s和co2井的完整性。在巴西的深水區(qū)域發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖油藏由于結(jié)構(gòu)復雜含有高含量的h2s和co2，這就為此油藏的開發(fā)帶來了挑戰(zhàn)。因為co2產(chǎn)生不利于固井，任何影響水泥環(huán)完整性的情況必須得到解決。哈里伯頓公司開發(fā)了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠證明很好的承受井下環(huán)境下腐蝕帶來的影響。fit-for-purpose方案要求每一種水泥體系都專為特定的井壁環(huán)境設計，包括co2井中那些減弱碳化作用的設計。環(huán)境的可持續(xù)性需要對水泥環(huán)的作用，以及它是如何對延長井的壽命產(chǎn)生巨大的影響并且反過來減小對環(huán)境的影響，進行重新的評估。在井的生產(chǎn)流動過程中h2s的存在時對員工和井壁金屬成分的潛在危害。為了減弱與h2s相關的危害，最重要的是保證水泥環(huán)密封長期的完整性。這樣能夠阻止h2s通過由于失敗的水泥鞋造成的通道的流通，以及保證人員和金屬部件的安全。第五章 深水油氣資源開發(fā)過程中的天然氣水合物天然氣水合物是在一定的溫度和壓力條件下，與游離水結(jié)合而形成的結(jié)晶籠狀固體。按照結(jié)構(gòu)類型，天然氣水合物通?？煞譃樾?、型和h型3種結(jié)構(gòu)。天然氣水合物的生成除了與天然氣的組分和自由水含量有關外，還需要一定的溫度壓力條件。在給定壓力下，對于任何組分的天然氣都存在水合物形成溫度，低于這個溫度將形成水合物，若高于這個溫度則不形成水合物或已形成的水合物將發(fā)生分解。當壓力升高時，形成水合物的溫度也隨之升高。天然氣水合物的形成需要具備3個條件。其中兩個主要條件是氣體必須處于水氣過飽和狀態(tài)或者有水存在，系統(tǒng)必須具有足夠高的壓力和足夠低的溫度；一個輔助條件是如壓力波動、氣體流動方向的突然變化而產(chǎn)生攪動、酸性氣體的存在、微小水合物晶核的誘導等。5.1天然氣水合物對鉆井工程的影響。海洋深水鉆井作業(yè)環(huán)境惡劣，操作條件復雜，深水鉆井遇到的重大潛在危險因素之一是淺層含氣砂巖所引起的氣體水合物生成問題。水合物的存在對鉆井安全和完井效率有嚴重威脅，其能堵塞上部環(huán)空、防噴器和凡爾壓井管線，妨礙油井的壓力監(jiān)控，限制鉆柱活動，導致鉆井液性能變壞，堵塞氣管、導管、隔水管等。在鉆進過程中需要防止鉆并液中形成水合物，因為鉆井液中形成水合物會帶來以下危害：鉆井液中水合物一旦形成可堵塞鉆井液循環(huán)(類似于油氣輸送管道中形成的水合物堵塞)或鉆進系統(tǒng)的其他管路的堵塞，會導致一系列井眼內(nèi)惡性事故，如阻止鉆桿轉(zhuǎn)動、起下鉆極其困難等。由于形成水合物所需水來自鉆井液本身，水基鉆井液的失水會嚴重影響其流動特性，造成鉆井液中的固相沉析，使井筒中鉆井液減少或沒有鉆井液。5.2天然氣水合物資源上個世紀90年代以來，天然氣水合物以其巨大的資源量和潛在可開發(fā)性有可能成為本世紀繼石油、天然氣和煤炭后的戰(zhàn)略性接替化石能源，已引起世界各國的高度重視。盡管對天然氣水合物已開展了一些研究工作，但目前對天然氣水合物的許多物理性質(zhì)仍不明確；將天然氣水合物作為天然氣資源的評價模式尚未建立；有許多天然氣水合物勘探與開發(fā)中的技術(shù)難題尚待克服。目前天然氣水合物的研究熱點是水合物地震識別技術(shù)、地球化學探測技術(shù)、資源評估技術(shù)和保真取樣技術(shù)等各項探測技術(shù)。主要發(fā)展方向為：資源范圍和資源量有效評價技術(shù)；天然氣水合物勘探技術(shù)；天然氣水合物保真取樣技術(shù)；天然氣水合物開發(fā)及其對環(huán)境的影響與對策研究；定量化研究水合物在全球碳循環(huán)中的作用。5.3墨西哥灣深水油氣勘探對我國的啟示。墨西哥灣位于美國、墨西哥和古巴相環(huán)抱的海域,水深200 m的海區(qū)離岸較遠,地形平坦,陸架寬闊。其后,水深向南快速加大。墨西哥灣油氣區(qū)主要位于美國一側(cè)的海域,目前已發(fā)現(xiàn)上千個油氣田。2000年底,深水油氣田的產(chǎn)量已超過淺水區(qū)的油氣田。5.4墨西哥灣深水油氣勘探現(xiàn)狀。據(jù)2004年douglas westwood公司估計，全球海上44%的油氣資源位于300 m以下的水域。自1990年以來，世界深水油氣產(chǎn)量快速增長，預計到2015年，深水產(chǎn)量年產(chǎn)可能達到4億t。其中墨西哥灣深水油氣資源量高達400500億桶油當量，約占墨西哥灣大陸架油氣資源量的40%以上。目前，深海油氣產(chǎn)量主要來自美國墨西哥灣、巴西海域和西非海域。截止2000年，先后在墨西哥灣深水區(qū)發(fā)現(xiàn)了112個油氣田，近30個已投入生產(chǎn)，該海域深海石油產(chǎn)量達到3800104t，首次超過淺海石油產(chǎn)量；2002年底，深海油氣產(chǎn)量分別達14421786萬桶和348460億m3；2003年底，墨西哥灣發(fā)現(xiàn)140個深水油田，儲量達115108桶，其中crazy horse油田儲量近10108桶。2004年墨西哥灣深水區(qū)新發(fā)現(xiàn)兩個油田，儲量均超過1億桶，石油和天然氣總產(chǎn)量每日分別達13151735萬桶和306454億m3，占美國在墨西哥灣油氣日產(chǎn)量的65%和32%，達到4750104t和456億m3；2005年底，墨西哥灣有2個重大深水油氣田發(fā)現(xiàn)，unocal公司在gc512區(qū)塊發(fā)現(xiàn)的knott head油田是目前墨西哥灣最深的石油發(fā)現(xiàn)，水深1067 m，井深3176.3 m，估計可采儲量約3425104t，bp在wr508區(qū)塊發(fā)現(xiàn)的stones油田是迄今下第三系鹽層之下所獲得的第2個發(fā)現(xiàn)，水深2921 m，井深2662.4 m，儲量規(guī)模尚待落實；2005年該海域深海石油產(chǎn)量達到約6050104t，約占當年美國海上石油產(chǎn)量的70%，約占當年美國石油總產(chǎn)量的20%；2006年，雪佛龍在2134 m水深鉆“杰克2號”井，井深8588 m，6100 m試油3萬t/d，據(jù)預測儲量為30150億桶；預計到2010年，美國墨西哥灣深海石油產(chǎn)量將增至8600104t。第六章 對我國的啟示和思考有廣闊的深水海域，蘊藏豐富的油氣資源。據(jù)新一輪全國油氣資源評價，我國近海和南海南部深水區(qū)油氣可采資源量超過50億噸油當量，潛力較大。長期以來，受資金、技術(shù)等制約，我國深水油氣勘探發(fā)展緩慢。近年來，在全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)工作推動下，在南海北部深水區(qū)取得勘探成功，發(fā)現(xiàn)了我國第一個大型深水氣田lw3-1-1，顯示了我國深水區(qū)良好的勘探前景。與世界主要深水區(qū)油氣勘探比較，我國深水油氣勘探程度低，總體尚處于起步階段。為促進我國深水油氣發(fā)展，根據(jù)國外的經(jīng)驗，我們應該加強以下幾個方面的工作。一是要加強公益性海洋油氣地質(zhì)調(diào)查與評價。lw3-1的發(fā)現(xiàn)充分顯示了公益性、基礎性油氣地質(zhì)調(diào)查對商業(yè)性油氣勘探的重要推動作用。在已有的工作基礎上，加大戰(zhàn)略選區(qū)投入力度，加強我國海洋油氣地質(zhì)公益性調(diào)查與評價，優(yōu)選有利深水區(qū)，深化地質(zhì)認識，降低風險，借以促進我國深水區(qū)油氣商業(yè)勘探。二是要加大海洋油氣資源商業(yè)性勘探力度。增加海洋油氣勘探開發(fā)的投入，加大工作力度，在已有工作基礎上，爭取海洋油氣更大發(fā)現(xiàn)。尤其要加強南黃海、東海等低勘探、低投入海域的油氣勘探，同時，本著“互利合作，共同開發(fā)”原則，盡快在南海南部開展實質(zhì)性油氣勘探，以維護國家權(quán)益。三是要加強關鍵技術(shù)和儀器裝備的研制開發(fā)攻關。美國、巴西、挪威等國的成