鉆井井筒屏障技術(shù)初探及在南中國海深水井的應(yīng)用

張玉山　趙維青　張星星

摘 要：石油鉆井是高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，世界范圍內(nèi)由于井筒的完整性問題，導(dǎo)致嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)和人員損失的事件時有發(fā)生。最近幾年，國內(nèi)的深水領(lǐng)域的鉆井活動開始，深水鉆井的安全性給鉆井技術(shù)和管理提出了更高的要求，井筒完整性技術(shù)給高風(fēng)險(xiǎn)的深水作業(yè)提供了技術(shù)和管理手段。目前國內(nèi)深水井筒完整性技術(shù)剛剛起步，參考井筒完整性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合南海一口實(shí)鉆深水井，完成屏障圖，給待鉆井的準(zhǔn)備和實(shí)鉆提供一條技術(shù)管理思路。

關(guān)鍵詞：深水井 井筒屏障 屏障識別與建立 屏障圖

中圖分類號：TE58 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0069-02

海洋鉆井是一個高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，近年來頻繁出現(xiàn)重大的油氣井事故，大部分事故調(diào)查報(bào)告指向了井筒的完整性的缺陷，深水鉆井逐步在國內(nèi)興起，作業(yè)量也在穩(wěn)步增加，但隨著海洋鉆井進(jìn)入深水，風(fēng)險(xiǎn)也大大地增大，除了環(huán)境因素外，水深的增加，也給深水井井筒完整性帶來了巨大的挑戰(zhàn)，對深水井井筒相關(guān)技術(shù)和設(shè)施穩(wěn)定性的要求更加嚴(yán)格。

1 井筒屏障的發(fā)展

早在1977年BP公司就開始了有關(guān)井筒完整性的研究，最早發(fā)布井筒完整性標(biāo)準(zhǔn)的是挪威石油標(biāo)準(zhǔn)化組織（NORSOK），1993年該組織發(fā)布了第一版；1998年該組織發(fā)布了第二版；2004年8月發(fā)布了第三版；2004年11月，Statoil北海SNORRE A P31A井在注完水泥塞起鉆準(zhǔn)備側(cè)鉆時發(fā)生井涌，幸運(yùn)的是最終安全處理了，未造成人員的傷亡；該事故引起了行業(yè)的大量關(guān)注，第三部井筒完整性標(biāo)準(zhǔn)才陸續(xù)得到重視和應(yīng)用。

深水地平線事故后，該組織于2013年再次更新至第四版。此外，挪威油氣、OGP以及英國油氣等組織也制定了自己的井筒完整性標(biāo)準(zhǔn)。

2 屏障識別

2.1 屏障識別原則

屏障是阻止油氣從油藏流動到地面的物理或者機(jī)械部件，其識別的原理是：油氣從油藏到達(dá)地面的所有可能的通道需要有屏障來阻止它，通常要求至少有兩道屏障來確保安全，雙屏障原則的主要思想是我們可以允許一個屏障組件失效后，仍然能阻止油氣釋放到環(huán)境中。

2.2 屏障識別與建立

鉆井過程中不同的階段需建立不同的井屏障圖，鉆井過程中屏障圖有：表層鉆井、有隔水管鉆井（鉆進(jìn)、起下鉆、電測、下套管）、棄井；每一階段屏障圖中由于鉆井階段屏障較多，下面以南中國海一口實(shí)鉆井作為案例，分析有隔水管目的層段鉆進(jìn)的屏障建立。

案例井基本數(shù)據(jù)：水深600 m，井深2 300 m，鉆井液密度1 174 kg/m3，使用半潛式鉆井平臺承鉆，采用水下井口和水下防噴器，該井井身結(jié)構(gòu)：762 mm導(dǎo)套+339 mm套管+311 mm裸眼，見圖2。

有隔水管目的層段鉆進(jìn)如下所述。

（1）主要屏障。

鉆井液是平衡地層壓力的最重要的因素，在前期鉆井液設(shè)計(jì)階段，按照標(biāo)準(zhǔn)制定鉆井液性能參數(shù)；井實(shí)施過程中，保持鉆井液性能與設(shè)計(jì)一致，并按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控鉆井液，確保主要屏障有效。

（2）次要屏障。

地層：技術(shù)套管鞋處地層強(qiáng)度是保證正常鉆進(jìn)過程中鉆井液密度窗口的重要因素，同時也是在發(fā)生井控時確定最大關(guān)井套壓的基礎(chǔ)，地層破裂實(shí)驗(yàn)需遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最大程度上得到精確地層強(qiáng)度。

套管：套管設(shè)計(jì)是一口井核心，由于套管設(shè)計(jì)選取的工況不同的石油公司存在差異，材質(zhì)選擇和安全系數(shù)也有不同，所以井的設(shè)計(jì)者不需按照該公司的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行套管設(shè)計(jì)。

水泥：根據(jù)待鉆井情況，設(shè)計(jì)水泥漿性能參數(shù)，同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，密切關(guān)注在施工過程，必要時進(jìn)行固井質(zhì)量評價(jià)，把控設(shè)計(jì)、施工、結(jié)果評價(jià)3階段，確保屏障可靠。

防噴器：水下防噴器配置、功能實(shí)驗(yàn)、試壓要求必須遵循企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

（1）井筒屏障是技術(shù)和管理綜合的安全理念，是貫穿石油公司技術(shù)體系的一條線，國際上該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展幾十年，體系已成熟，各個大石油公司形成了各自的體系，最近幾年國內(nèi)石油公司也在陸續(xù)關(guān)注到，并嘗試著借鑒和引進(jìn)，但都還沒有形成一套成熟的井筒屏障體系，給生產(chǎn)過程中采用該項(xiàng)技術(shù)帶來不少困擾。

（2）深水鉆完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，筆者在南中國海一口深水井井控設(shè)計(jì)中引進(jìn)屏障概念，取得不錯的效果，為參與生產(chǎn)者提供了直觀的保障井筒安全的依據(jù)，作為保障井筒安全的屏障技術(shù)是很好的技術(shù)和管理的手段，加快屏障技術(shù)的引進(jìn)和消化勢在必行。

（3）相對于后期生產(chǎn)，井筒屏障在鉆井階段較為簡單，一口井的全生命周期中，生產(chǎn)過程中屏障出現(xiàn)故障的頻率大大增加；深水井后期的修井成本很高，所以國內(nèi)深水井大開發(fā)必須在前期做好完整性的問題，因此目前屏障技術(shù)要盡快儲備；另外國內(nèi)陸地和淺水老油田也急需技術(shù)的支持，保證降低修井頻率和穩(wěn)產(chǎn)的目的。

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