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世界深水油气勘探现状及面临的挑战

来源:特种油气藏第 15卷第 2期 日期:2011-05-09 浏览量:
白云程,周晓惠,万 群,孙敬杰,孟凡宇
 
(中海油田服务股份有限公司,北京 101149)
摘要: 分析了世界深水油气勘探现状。指出,由于陆地和浅水石油勘探程度较高, 油气产量已接近峰值。世界新增油气储量已由陆地、浅水转向广阔的深水水域。近年全球获得的重大勘探发现中, 有近 50%来自深水水域。深水海域探明储量约为 1 000@108t油当量。墨西哥湾、巴西海域、西非海域以及被称为第 2个波斯湾的南中国海是最有希望的深水油气区。为了开发南海深水油气资源, 中海油总公司已迈出了重要的一步。笔者重点介绍了能适应深水勘探的主要钻井设备的研发现状, 世界主要的钻井承包商及其市场占有情况, 深水设备的日费以及使用情况。最后分析了世界深水勘探中所面临的挑战和技术难题,以及解决的方法。
关键词: 深水海域;油气勘探; 形势;勘探装备; 技术难题
前 言
纵观世界近年来的一系列风云变幻, 究其本质来看, 大多是围绕一个/油0字做文章。很多国家,尤其是油气资源比较贫乏的国家和地区, 近几年无不将获得足够的油气资源作为外交活动的中心。在油气勘探的主攻方向上,现在已开始实现由陆地、浅水到深水海域找油的战略转移。自上世纪开始, 勘探重点转向深水, 目前已形成规模。浩瀚的深水海域可能寄托着石油人开发丰富油气资源最后的希望与理想。可以预计,今后世界海洋石油勘探的国家博弈,将会在辽阔的深水海域展开。由于技术及装备的进步,各国石油科技工作者对深水的定义也不尽相同, 并不断扩大。一般认为,水深超过 200 m为深水, 现在统一的看法是300m以上为深水,超过 1 000m以上为超深水。
1 深水油气勘探开发形势和现状
据资料分析, 20世纪 90年代以来, 世界剩余可采储量在 115898 @107m3以上的重大油田共有11个。其中, 西非、中亚、墨西哥、拉美各有 2个,中东、俄罗斯远东和北非各 1个。在油气储量上,中东的油气储量占世界第一。西欧北海油气产量虽然一直很高,但勘探活动已呈下降趋势。南亚的巴基斯坦、印度和孟加拉国的天然气资源丰富, 但勘探难度大。马来西亚、印度尼西亚、泰国和越南的勘探程度较高,而且油气项目的风险又较大。澳大利亚陆上勘探风险也较高,其海上传统的浅水油区产量呈下降趋势,但其西北大陆架很可能成为新兴的产油区。
在北美地区,美国和加拿大的勘探开发程度已经很高,能够继续探明新的储量接替并能大量增加油气产量的只有墨西哥湾和加州海域、阿拉斯加及纽芬兰海域。
近年来,新发现的常规油气田数量逐渐减少,规模也越来越小,振奋人心的重大油气发现几乎已成绝响。世界新增储量,将主要依赖海洋深水海域和极地地区。我国的油气资源, 尤其是陆上油气资源形势也很严峻,不容乐观。随着勘探程度的不断提高, 以往地理条件较好的地区油气开采难度不断加大, 如大庆油田等。据有关专家估计, 我国的石油资源最终可采储量约为 130 @108~ 150 @108,t 仅占世界石油可采储量(4 563 @108t)的 3%左右,到 2000年底, 我国剩余可采储量只有 2416 @108,t 占世界剩余可采储量( 1 40218 @10t)的 118%, 人均所占有油气资源很少, 与国力极不相称。而且这些石油资源分布的地理环境也很差, 陆上有 3518%的油田分布在高原、山地、沙漠、沼泽和滩海等较恶劣的环境中。在这些油气资源中, 非常规的石油资源量还占了很大比例 (世界非常规石油资源量约为 6 000 @108~ 9 795 @108t), 陆上重油占 1614%, 海上重油占3313%,如 SZ36- 1油田等均为稠油。待探明的可采资源量大都是埋深更大、边际性更强的难动用资源,其勘探开发成本在科学技术高度发达的今天,较之海上勘探,已不具有绝对的优势。
近年来, 在全球获得的重大勘探发现中, 有50%来自海上,特别是深水海域。目前已发现的深水含油水域主要有西非、巴西、墨西哥湾等海域, 其次是南中国海。据道格拉斯# 伍德公司和世界油田系统工业数据资料统计, 在 500~ 1 500 m水深的海域范围内,油气田的平均储量规模随水深大幅增加, 这虽然不能从石油地质理论上得到解释, 但它确实是一个不容忽视的事实。
所以,现在许多深水勘探技术领先的公司纷纷把重点转向海洋深水。在全球 100多个进行海上油气勘探的国家中,有 50多个国家正在对深水进行勘探,几个大型跨国石油公司已成为深水勘探开发的主力军。目前, 深水油气储量居世界前 10位的公司是 BP、埃克森美孚、壳牌、巴西石油、道达
尔、埃尼、雪佛龙、挪威国家石油、加州联合石油和BG公司。这 10家公司 2003~ 2007年的深水油气开发产量将占世界产量的 73%。
BP公司认为, 在未来浅水海域发现油气将变得非常困难的情况下, 到 2012年, BP公司将有50%的油田发现项目来自深水。作业深度将达到2 500~ 3 000m,甚至更深。BP公司自 20世纪 80
年代在墨西哥湾深水区进行勘探开发以来,已形成一批高质量的大型开发项目。其控股的 Nakika油田 2003年投产, Holstein油田 2004年底投产,其他如 Mad Dog、Thunder Horse和 Atlantis等墨西哥湾深水油田也将在未来几年投产。
埃克森美孚在墨西哥湾的深水海域的 Diana、Madison、Hoover、Genesis、Ursa、Thunder、H orse、Nile等油气田的 593个深水区块中也都持有股份。
壳牌公司在深水领域的活动居世界前列。该公司在美洲的壳牌巴西公司控股 80%。位于 Cam2 pos盆地的深水 Bijupira- Salema油田于 2003年投产。此外,还在其他 11个深水勘探区块中占有股份。目前,壳牌公司 80% 的油气产量来自墨西哥湾。从 1993年起, 壳牌已建立了 6个深水勘探中心,运用深水水下设施开发和运营了 17个深水油田。
深水油气资源十分丰富, 而探明程度相对较低。深水油气探明储量约为 100 @108t油当量, 主要分布在墨西哥湾、巴西海域和西非海域。随着新的深水油气的不断发现,亚洲,尤其是南中国海和澳大利亚海域正在成为新的深水油气产区。从数量上看,自 1999年起, 全球 50% 以上的重大发现是在深水取得的。1999~ 2003年全球新发现的 14个储量在 6 850 @104t以上的大油田有 9个在深水;其间发现的大气田 23个, 50%以上来自深水。
从新增储量来看, 2000~ 2005年全球新增油气探明储量为 164 @108t油当量, 深水占 41%, 而浅水和陆地分别占 31%和 28%。深水的重大油气发现, 加强了人们对深水大油气田将扮演油气主力军的认识。 2006年 9月 5日雪佛龙及其合作伙伴美国 Devon能源公司和挪威国家石油公司共同宣布,在美国墨西哥湾发现一个巨型深水油气田:水深 2 134m、井深 6 454m,估算地质储量超过 4@108t。
2006年 7月, 李嘉诚旗下的哈斯基能源公司
在珠江口盆地深水水域 (水深 1 480m)获 1 000 @108m3天然气的重大发现。这一发现,进一步证实了我国南海深水水域蕴藏着丰富油气资源。经过初步调查和地质论证, 南海深水海域有含油构造200多个,油气田 180个。仅在曾母暗沙盆地、沙巴盆地、万安盆地的石油储量就达 200 @108,t被称为/第二个波斯湾0。这些储量分布范围 50%以上应是中国蓝色国土。整个南海地质储量大约为230 @108~ 300 @108t。周边国家在已发现的油气构造上已钻了 1000多口井,年产石油超过 5 000 @104t。这一形势表明, 进军南海深水海域, 是我国石油工作者刻不容缓的历史重任。令人振奋的是,以我国中海油为首的决策高层, 在向南海深水进军的战略部署中已采取了果断的措施。2002年 9月23日,中海油正式对外招商,其招商区块位于南海几个中深水海域, 总面积为 716 @104km2, 水深为300~ 2 000m。为加速在这一地区的开发,自 2002年 9月至今,中海油先后与哈斯基、科麦奇、丹文以
及英国天然气等 4家知名企业建立了合作伙伴关系,签订了 7个深水领域产品分成合同和物探协议,并计划在南海深水海域钻探一口以天然气水合物为勘探目标的深井,第一次把寻找天然气水合物这一新的能源提到了日程上。为了提升我国自主勘探开发深水油气的能力,中国海洋石油总公司还宣布, 在未来的几年内, 将投入上百亿元来建造包括深水钻井船、深水铺管起重船在内的多种深水大型装备, 并建设自己的深水实验室和深水作业船队。据了解,目前世界上还只有少数几条深水钻井船,可以预计,这一项目的完成,将会大大提升我国在辽阔的深水海域找油的能力,是我国在能源安全上迈出的重要一步。
2 世界深水勘探装备现状
随着技术的进步,最近 10 a来, 海洋油气勘探的水深已达到 3 051 m, 为 2003年美国 Fransocean公司用 Discoverer Deep Seas号钻井船在美国墨西哥湾创造的。 2005年 12月该公司又在墨西哥湾用钻井船钻了一口 10 421 m的超深水探井, 目前,作业水深的世界纪录不断被刷新, 钻井船记录为3 051m,半潜式生产平台 2 141m, SPAR平台 1 710m,张力腿平台 1 424 m, FPSO 1 400m, 海底采油树7 805 m。技术和装备的进步也使深水勘探开发成本大大降低。1998年以来, 深水油气勘探开发成本呈逐渐下降趋势, 每桶石油的成本支出已从 10 a前的 37174美元 /m3降至不到 25116美元 /m3, 深水油气勘探开发综合成本越来越接近浅水项目。虽然深水油气勘探是一项高投入、高技术、高风险的产业, 但它的丰厚回报却是浅水甚至是陆上油气田无法比拟的,这一切都为深水油气蓬勃发展创造了良好条件和机遇。但也应该看到, 深水环境下特殊的地质状况、复杂的井身结构、特殊的操作技术都是与传统的陆地和浅水勘探开发不可同日而语的, 深水开发会遇到一系列技术和装备的巨大挑战。在这一系列挑战中,装备是最主要的问题。深水勘探装备也是制约我国进军深水的瓶颈。目前适用于深水钻井的主要有 2种浮式钻井装置) )) 半潜式钻井平台和钻井船。据 2006年 7月的统计, 全球有 165座半潜式钻井平台和 38艘钻井船。其中额定作业水深超过500 m的半潜式钻井平台有 103座, 钻井船有 33艘,分别占其总数的 62%和 87%。此外还有 24座半潜式钻井平台和 7艘钻井船在建造中。据统计,截至 2006年 7月初,有 89座深水半潜式平台在钻井中,它们分布在 18个国家, 其中美国最多,为 24座(占 27% ); 有 26艘深水钻井船在钻井中, 它们分布在 8个国家, 其中巴西最多,有 8艘 (占 1/3)。从它们的工作范围态势来看,深水半潜式钻井平台主要活跃在墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚和墨西哥外海域。深水钻井船主要活跃在墨西哥湾、巴西海域和西非海域。
目前,海上钻井设备大都供不应求, 其中深水钻井装置的利用率目前接近 100%。近 2 a来, 深水钻井装置日费大幅攀升。例如,在墨西哥湾, 半潜式钻井平台的平均日费从 2005年 5月的 11165
@104美元上涨到 2006年 5月的 20126 @104美元,涨幅达 7319%;钻井船的平均日费从 2005年 5月的 19118 @104美元上涨到 2006年 5月的 23137@104美元, 涨幅达 2118%。新签钻井承包合同的最高日费已突破了 50 @104美元。在深水钻井装置供不应求的市场情况下, 这些深水装备几乎全部掌握在外国钻井承包商手中, 国内的三大石油公司至今还没有深水钻井装备, 这种局面必须引起我们高度重视,否则将严重制我国石油工业进军深水的步伐。 2006年 1月 30日, 中海油第一座深水大型设备))) 中国海油深水半潜式钻井平台设计工程启动, 这是我国推动深水海洋装备自主研发与建造的重要一步。可以预见, 在不久的将来,我国深水勘探设备依赖于他人的局面将彻底扭转。
3 深水勘探开发中的技术难题
先进的深水钻井设备的研制和投入使用, 已使深水环境下的特殊工作方式得以顺利进行,人们不必再为那些不同于传统钻井方式的深水钻进而忧虑,但是,深水环境所带来的一系列技术挑战是我们必须面对和解决的。
311 深水地质带来的钻井危害
深水井筒(井深 )一般较长, 但因水深占去相当大长度, 所以在很多情况下实际钻入地层并不深,以 3 000 m井深为例, 如水深 1 000 m, 则实际钻入地层深度只在 2 000m以内,这在陆地上属于浅井。通常状态下的上覆地层被长长的水柱所取代,必然导致下伏的地层胶结和成岩作用差, 使得岩性硫松易碎,即形成了相应的低应力区。在钻井中很容易造成井身的不稳定,这就需要对钻井结构和导管进行特殊设计。
此外,深水海底往往存在陡峭不稳定斜坡 (造成滑坡)、不规则地层以及易分解的天然气水合物层等复杂的地质情况。以天然气水合物为例,钻遇到天然气水合物层时,它的分解会造成一系列钻井灾难, 这都是一些很严重的问题[1]。国外应对和预防这些灾害,除采取先进的钻井工艺外, 主要是充分利用地震资 料、声波定位, 多束和基底 剖面( SBP)技术,确保在最好的地点定出井位和控制井筒质量。
312 孔隙压力与破裂压力窗口窄小钻井时,孔隙压力与破裂压力梯度间窗口变窄,致使压力控制受限产生井涌,可能是公认的深水钻井挑战,也是一个世界性难题。
为了有效控制泥浆密度,解决由于孔隙压力和破裂压力梯度窗口变窄问题, 需对深水井套管、泥浆和程序进行优化,并尽可能可靠地预测地层孔隙压力、破裂压力和泥浆压力。一般国外多采用随钻压力监测(PWP)。此外, 还包括钻前地震数据、电缆测井数据(包括自然伽马、深感应、岩性密度、中子),孔隙度和井径、气测和钻井扭矩以及直接获取的压力数据,这些都能在钻井中较好地控制泥浆密度窗口,有效地掌握钻井安全。
上述方法虽然能较好地解决孔隙压力与破裂压力梯度窗口变窄的问题,但在有些地区, 如墨西哥湾, 由于诸多因素, 这些方法往往显得不足,近年来, 几项新技术的成功研制较好地解决了这一问题。
( 1) 双梯度钻井( DGD), 即在井的环空中使用 2种不同密度的泥浆。其中一个密度与隔水管中密度越接近越好。另一个泥浆密度介于孔隙压力和地层破裂压力之间。这样的设计,能够将一种超深水的情况转化为一个普通浅水情况。这样, 就解决了井控问题。但是,能实现这一目的的特殊技术和设备目前只有挪威的石油公司拥有和可以生产。这些特殊设备包括必须使用海底泥浆举升泵,在循环受阻时用来消除上部管柱效应的井下钻柱,另一个是凡尔和用来为井眼中心泥浆及隔水管中的海水之间提供隔层的海底旋转防喷器。
(2) 注入/轻0的材料, 以改变泥浆性能。在双梯度钻井的同时,通过使用传统的设备, 沿压井防喷管线(或化学剂注水管)将较轻的材料或液体(如气体、轻液、空水玻璃球等)注入, 并在防喷器处与泥浆混合,用以控制泥浆窗口。
313 水合物问题
天然气水合物是一种水分子捕获气类 (烃类气体为主 )在低温高压下形成的冰状结晶物质。天然气水合物的产生有 2种途径:一种是深水中在海底及附近地层中自然形成的天然气水合物矿藏,主要成分为甲烷和水; 另一种是在深水高压低温环境中钻井或开采运输中产生的水合物。前者作为一种未来可替代的优质新能源, 目前已成为勘探深水和极地等其他天然气水合物赋存带的主要目标层。据估计,其储量异常巨大, 为全球已知油气和煤炭总含碳量的 2倍, 展示了一个十分诱人的能源宝库前景。但开发这种巨量的水合物能源也潜伏着极大的风险,因为天然气水合物在温度压力变化时极易分解,甲烷气如果逸放到大气中, 其造成的温室效应将是等量 CO2的 20倍,这种温室效应将会给地球带来灾难性后果。如各国为一已私利, 在技术条件不具备的情况下, 一味盲目开发, 将带来严重后果,必须建立一个相应的国际公约来加以限制。
目前,开发天然气水合物最为积极的是日本,世界上仅有几口勘探水合物的井,有一多半是属于日本公司的[1]。钻探水合物层,本身对钻井安全也是个很大的挑战, 因为在这种不稳定的天然气水合物层中钻进,很容易造成地层坍塌、滑坡等事故[2, 3]。水合物带来的另一个困扰是,在钻井开发以及运输过程中,地层中的烃类气体在低温高压工作条件下很容易形成气水合物, 这种水合物是施工中的大害,它会堵塞管道, 造成压力波动。在深水钻井中,由于低温和深水形成的高压会在压井管线、出油管线、隔水管和防喷器(BOP)形成水合物, 带来的后果是使正常深水钻井无法进行, 甚至损坏钻井设备。因此, 这种在工程中生成的天然气水合物必须加以抑制和克服。目前,在国外深水油气勘探和开发中, 普遍采
用甲醇、乙二醇、盐类等抑制剂,还有一种新产品就是以聚合物为主的低剂量水合物抑制剂 ( LOH I),其效果都较好,此外, 利用新研制 DSC方法预测水合物形成也得到了成功的运用[2]。
4 结束语
近十几年来,世界深水勘探开发工作得到了大规模开展,已成为油气产量的主要来源。不过, 就全球范围而言,尤其是在不发达国家水域,深水勘探仍然是一个不成熟的前沿领域。需要克服的技术难题很多,也受制于基础设施和财力条件。但是尽管如此,向深水要油气必将成为一个主要焦点。深入研究深水勘探中的一系列问题,在当前显得尤其。