油气开采毕业论文.doc

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目： 深水油气资源勘探分析 学习中心： 年级专业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 导师单位： 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2011 年 12 月 12 日摘 要深水油气勘探始于20世纪60年代末，经过几十年的发展，特别是近20年来的发展，取得了突出的成就，相继发现了一批巨型、超巨型油气田，油气储量得到快速增长，使全球深水油气资源勘探开发的热潮再度升温。我国深水勘探虽然刚刚起步，但资源潜力大，发展前景好。深水区以其丰富的油气资源、较大规模的储量、产量高、效益好等特点引起人们的浓厚兴趣，但随着作业海域不断扩大、水体深度不断增加，其面临的问题也越来越多。 关键字：勘探、开发、特点、资源、问题、启示。目 录第一章 前言 1第二章 深水油气资源勘探开发现状 2第三章 深水油气勘探开发的特点 3第四章 深水油气勘探开发面临的问题 5第五章 深水油气资源开发过程中的天然气水合物 10第六章 对我国的启示和思考 14参考资料 16致谢 17第一章 前言深水油气勘探始于20世纪60年代末，经过几十年的发展，特别是近20年来的发展，取得了突出的成就，相继发现了一批巨型、超巨型油气田，油气储量得到快速增长，使全球深水油气资源勘探开发的热潮再度升温。我国深水勘探虽然刚刚起步，但资源潜力大，发展前景好。深水是个动态的概念，随着科学技术的发展，其内涵不断变化，深水定义的范围也不断地发生变化，且还将继续变化。20世纪70年代深水最低界限为100m，到20世纪80年代晚期使用300m一直沿用至今，但美国矿管机构于2003年将深水区定义为水深大于450m的地区，水深大于1500m的区域称之为超深水区。事实上，目前水深400500m以下海域的勘探技术早已成熟，因此常将400500m作为深、浅水的界限。第二章 深水油气资源勘探开发现状当前，世界深水油气勘探主要集中在墨西哥湾、南大西洋两岸的巴西与西非沿海三大海域，被称为深水油气勘探的“金三角”。这3个地区集中了当前大约84%的深水油气钻探活动，其中墨西哥湾最多，占到32%；其次为巴西，占30%；第三为西非，它们集中了全球绝大部分深水探井和新发现储量。此外，北大西洋两岸、地中海沿岸、东非沿岸及亚太地区都在积极开展深水勘探活动。近来，挪威和俄罗斯准备在巴伦支海域联合开展油气勘探。我国深水海域面积广阔，沉积凹陷发育，资源潜力大，勘探前景良好。南海海域具有丰富的油气资源和天然气水合物资源，石油地质储量约为230亿300亿吨，占我国油气总资源量的三分之一，其中70%蕴藏于深海区域。但我国目前油气开发还主要集中在陆上和近海。随着全球能源消耗需求的增长，在加大现有资源开发力度的同时，开辟深海油气勘探开发领域以寻求新的资源是当前面临的主要任务。（图：海洋油气资源勘探开发和生产经过）第三章 深水油气勘探开发的特点 3.1高技术由于水深压力大、海底地形复杂及海浪大等因素，深水油气勘探必须采用能够承超压、抗风浪、克服海底地形干扰的深水专用关键技术、设备和装备，技术水平要求高。在勘探方面，需要采用适合复杂海底地形和超深水环境下的地震采集处理技术和重磁电震综合勘探技术；在钻探方面，需要深水和超深水钻井技术，包括深水钻井船、钻井平台的设计、建造技术；在生产方面，需要水面和水下工程技术，特别是水下生产、处理和运输关键技术，这些都是现代的高技术领域。3.2高投入深水油气勘探开发是一项高投入的系统工程，综合成本高。据估算，深水探井钻探平均费用比陆上平原区高一倍以上，同等规模产能建设费用，深水比浅水、陆上高出数倍，而且，日益活跃的深水勘探引起深水作业船供不应求，租金不断上涨，一度高达50万美元/日，导致相应的投入需求不断增加。3.3高风险除了油气勘探的地质风险之外，环境风险也很高。尽管深水油气勘探开发离大陆远，不容易遭受恐怖袭击等人为因素影响，但易遭受飓风、海啸等自然气候影响，比如，2006年8月的卡特丽拉飓风袭击了墨西哥湾，导致了大部分海上石油作业平台和生产设施被破坏，美国海上石油产量减少80%左右。3.4高成功率1985年，全球深水油气勘探成功率仅为10%左右，20世纪90年代以来，深水勘探成功率显著提高，平均超过30%。其中，西非深水成功率最高，下刚果盆地的地质成功率甚至高达80%以上，巴西深水钻探成功率为50%以上，墨西哥湾为33%。3.5油气田规模大初步统计显示，巴西坎坡斯盆地深水区油气田平均规模3.85亿桶，墨西哥湾北部深水区油田平均规模1.2亿桶，西非深水区油田平均规模超过2.0亿桶，远高于浅水区油气田平均规模。第四章 深水油气勘探开发面临的问题深水区以其丰富的油气资源、较大规模的储量、产量高、效益好等特点引起人们的浓厚兴趣，但随着作业海域不断扩大、水体深度不断增加，其面临的问题也越来越多。4.1油藏规模越来越小随着勘探的不断深入，早期易于发现的大型构造圈闭越来越少，随之而来的是规模较小的中小型圈闭。这些边际油田的勘探开发风险增大，很可能因达不到目前经济开采门槛而导致无法开发。以墨西哥湾为例，近年来发现的油气藏规模平均较20世纪90年代后期要小得多。4.2油藏流体越来越复杂随着勘探开发的深入，不断发现高蜡、粘稠及超重原油，这些品位较低的原油既不容易采出，又容易堵塞管道，从而增加开发成本和风险。此外，高温高压也增加了油气藏勘探开发的难度和风险。在海上石油的勘探开发中，由于处于深水环境下，海底油气田的海水温度很低(通常4左右)、管中静水压力很高，这对海上和水下结构物提出了苛刻的要求，也对海底生产和输送管线提出了更为严格的要求。来自油气田现场的应用实践表明，在深水油气生产和混输管道中，由多相流自身组成(含水、含酸性物质等)、海底地势起伏、运行操作等带来的问题，如段塞流、析蜡、水化物、腐蚀、固体颗粒冲蚀等，已经严重威胁到生产的正常进行和海底集输系统的安全运行，由此引起的险情频频发生。4.3 越来越恶劣的海洋作业环境随着勘探开发活动不断向深水和自然环境恶劣海域等新领域推进，面临着越来越恶劣的海洋作业环境。风浪、洋流以及飓风等可对海洋油气勘探生产造成极大危害。4.4 新技术要求越来越高由于水深增加、油藏流体变复杂以及越来越恶劣的海洋作业环境等，对新技术和装备等提出了更高的要求。如高分辨率的三维地震成像技术，四分量/四维（4c/4d）地震技术，更先进的钻井完井技术，结构更稳定、强度更大、更耐腐蚀性的深水平台，以及更智能化的海底生产系统等。此外，越来越多的海底设施、低温、盐层、海底地形、深海环境和生物的保护以及相关法规等，都是深水油气勘探开发中需要面临和解决的问题。而且，每一个涉及深水油气资源的开发公司，从最初的油藏分析到最后的钻井生产，都会面临一系列特殊的挑战，以及一些必须要系统处理的问题。比如：4.4.1 为了长期保持经济有效，如何对油藏生产进行更好管理问题。例如在巴西深水域具有高风险的地带，就面临着无数的技术挑战。已经出现的具有潜力的技术包括智能完井综合系统，这些技术能够实现油藏的有效排驱，并能使油藏长期的获得经济效益。智能完井通过系统操作能够实现生产的录制、检测和控制，现在这项技术的适用性已经得到了验证。一口智能井能够使操作者减少干预、实现近距离检测，并能够控制流体的流动，因此能够使生产和油藏的管理过程最优化，已达到获得最大经济价值的目的。4.4.2高压井的压裂和防砂透油藏的钻井和完井过程中都会造成地层的伤害，因此降低了上生产的效率。为了提高生产效率、改善经济效益，这些井必须经过酸化或者是人工压裂处理。对于钻遇垂直渗透率很小的分层地层的井，同样需要人工压裂处理。在墨西哥湾大量的井已经打到了20000ft的深度，井底流压超过了20mpa。这些特殊的地层同时需要低渗油藏的压裂处理和高渗地层的防砂控制。哈里伯顿公司为了满足这一目的，生产了一种加重压裂液以及深水域fracpac系统。这种高密度的压裂液利用液柱静水压力有效减低表面压力34mpa，这样就能达到安全运行参数的范围之内。fracpac系统设备能够为高流量、大体积支撑剂的应用提供防腐蚀性要求。4.5如何防止沉淀物的生成以保持管线和井壁的干净以提高流量。深水中生产后，要经过长距离管线的运输，在这过程中要经历极端多变环境下多相流的不断混合，因此流量的保证成为关键。流量控制问题最大的挑战包括井壁和管线上沉淀物的生成。管线内部表面任何的扰动，例如析蜡、水合物、沥青或腐蚀，都能够严重的影响生产，因此需要能够的供给来保证设计的流量。保持清洁的井壁和管线能够使生产最大化，增加系统的寿命，提高系统的可靠性，同时降低相关的安全风险，并最终为运营商提高最低收益线。管线的清理过程构成了复杂的技术挑战，这需要操作者应对多变的环境、更严格的集输要求和多相流动情况。没有单一一个方案适用于每一种情况。综合流量保障系统包含了一系列的技术和资源，包括分析和工程评估、化学和机械清洗以及热处理系统。4.6如何确保高含h2s和co2井的完整性。在巴西的深水区域发现的碳酸盐岩油藏由于结构复杂含有高含量的h2s和co2，这就为此油藏的开发带来了挑战。因为co2产生不利于固井，任何影响水泥环完整性的情况必须得到解决。哈里伯顿公司开发了一种系统，这种系统能够证明很好的承受井下环境下腐蚀带来的影响。fit-for-purpose方案要求每一种水泥体系都专为特定的井壁环境设计，包括co2井中那些减弱碳化作用的设计。环境的可持续性需要对水泥环的作用，以及它是如何对延长井的寿命产生巨大的影响并且反过来减小对环境的影响，进行重新的评估。在井的生产流动过程中h2s的存在时对员工和井壁金属成分的潜在危害。为了减弱与h2s相关的危害，最重要的是保证水泥环密封长期的完整性。这样能够阻止h2s通过由于失败的水泥鞋造成的通道的流通，以及保证人员和金属部件的安全。第五章 深水油气资源开发过程中的天然气水合物天然气水合物是在一定的温度和压力条件下，与游离水结合而形成的结晶笼状固体。按照结构类型，天然气水合物通常可分为型、型和h型3种结构。天然气水合物的生成除了与天然气的组分和自由水含量有关外，还需要一定的温度压力条件。在给定压力下，对于任何组分的天然气都存在水合物形成温度，低于这个温度将形成水合物，若高于这个温度则不形成水合物或已形成的水合物将发生分解。当压力升高时，形成水合物的温度也随之升高。天然气水合物的形成需要具备3个条件。其中两个主要条件是气体必须处于水气过饱和状态或者有水存在，系统必须具有足够高的压力和足够低的温度；一个辅助条件是如压力波动、气体流动方向的突然变化而产生搅动、酸性气体的存在、微小水合物晶核的诱导等。5.1天然气水合物对钻井工程的影响。海洋深水钻井作业环境恶劣，操作条件复杂，深水钻井遇到的重大潜在危险因素之一是浅层含气砂岩所引起的气体水合物生成问题。水合物的存在对钻井安全和完井效率有严重威胁，其能堵塞上部环空、防喷器和凡尔压井管线，妨碍油井的压力监控，限制钻柱活动，导致钻井液性能变坏，堵塞气管、导管、隔水管等。在钻进过程中需要防止钻并液中形成水合物，因为钻井液中形成水合物会带来以下危害：钻井液中水合物一旦形成可堵塞钻井液循环(类似于油气输送管道中形成的水合物堵塞)或钻进系统的其他管路的堵塞，会导致一系列井眼内恶性事故，如阻止钻杆转动、起下钻极其困难等。由于形成水合物所需水来自钻井液本身，水基钻井液的失水会严重影响其流动特性，造成钻井液中的固相沉析，使井筒中钻井液减少或没有钻井液。5.2天然气水合物资源上个世纪90年代以来，天然气水合物以其巨大的资源量和潜在可开发性有可能成为本世纪继石油、天然气和煤炭后的战略性接替化石能源，已引起世界各国的高度重视。尽管对天然气水合物已开展了一些研究工作，但目前对天然气水合物的许多物理性质仍不明确；将天然气水合物作为天然气资源的评价模式尚未建立；有许多天然气水合物勘探与开发中的技术难题尚待克服。目前天然气水合物的研究热点是水合物地震识别技术、地球化学探测技术、资源评估技术和保真取样技术等各项探测技术。主要发展方向为：资源范围和资源量有效评价技术；天然气水合物勘探技术；天然气水合物保真取样技术；天然气水合物开发及其对环境的影响与对策研究；定量化研究水合物在全球碳循环中的作用。5.3墨西哥湾深水油气勘探对我国的启示。墨西哥湾位于美国、墨西哥和古巴相环抱的海域,水深200 m的海区离岸较远,地形平坦,陆架宽阔。其后,水深向南快速加大。墨西哥湾油气区主要位于美国一侧的海域,目前已发现上千个油气田。2000年底,深水油气田的产量已超过浅水区的油气田。5.4墨西哥湾深水油气勘探现状。据2004年douglas westwood公司估计，全球海上44%的油气资源位于300 m以下的水域。自1990年以来，世界深水油气产量快速增长，预计到2015年，深水产量年产可能达到4亿t。其中墨西哥湾深水油气资源量高达400500亿桶油当量，约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上。目前，深海油气产量主要来自美国墨西哥湾、巴西海域和西非海域。截止2000年，先后在墨西哥湾深水区发现了112个油气田，近30个已投入生产，该海域深海石油产量达到3800104t，首次超过浅海石油产量；2002年底，深海油气产量分别达14421786万桶和348460亿m3；2003年底，墨西哥湾发现140个深水油田，储量达115108桶，其中crazy horse油田储量近10108桶。2004年墨西哥湾深水区新发现两个油田，储量均超过1亿桶，石油和天然气总产量每日分别达13151735万桶和306454亿m3，占美国在墨西哥湾油气日产量的65%和32%，达到4750104t和456亿m3；2005年底，墨西哥湾有2个重大深水油气田发现，unocal公司在gc512区块发现的knott head油田是目前墨西哥湾最深的石油发现，水深1067 m，井深3176.3 m，估计可采储量约3425104t，bp在wr508区块发现的stones油田是迄今下第三系盐层之下所获得的第2个发现，水深2921 m，井深2662.4 m，储量规模尚待落实；2005年该海域深海石油产量达到约6050104t，约占当年美国海上石油产量的70%，约占当年美国石油总产量的20%；2006年，雪佛龙在2134 m水深钻“杰克2号”井，井深8588 m，6100 m试油3万t/d，据预测储量为30150亿桶；预计到2010年，美国墨西哥湾深海石油产量将增至8600104t。第六章 对我国的启示和思考有广阔的深水海域，蕴藏丰富的油气资源。据新一轮全国油气资源评价，我国近海和南海南部深水区油气可采资源量超过50亿吨油当量，潜力较大。长期以来，受资金、技术等制约，我国深水油气勘探发展缓慢。近年来，在全国油气资源战略选区工作推动下，在南海北部深水区取得勘探成功，发现了我国第一个大型深水气田lw3-1-1，显示了我国深水区良好的勘探前景。与世界主要深水区油气勘探比较，我国深水油气勘探程度低，总体尚处于起步阶段。为促进我国深水油气发展，根据国外的经验，我们应该加强以下几个方面的工作。一是要加强公益性海洋油气地质调查与评价。lw3-1的发现充分显示了公益性、基础性油气地质调查对商业性油气勘探的重要推动作用。在已有的工作基础上，加大战略选区投入力度，加强我国海洋油气地质公益性调查与评价，优选有利深水区，深化地质认识，降低风险，借以促进我国深水区油气商业勘探。二是要加大海洋油气资源商业性勘探力度。增加海洋油气勘探开发的投入，加大工作力度，在已有工作基础上，争取海洋油气更大发现。尤其要加强南黄海、东海等低勘探、低投入海域的油气勘探，同时，本着“互利合作，共同开发”原则，尽快在南海南部开展实质性油气勘探，以维护国家权益。三是要加强关键技术和仪器装备的研制开发攻关。美国、巴西、挪威等国的成