油氣井全生命周期完整性管理規(guī)范研究

于水杰, 崔衛(wèi)華, 劉洪彬, 周佰剛, 吳 雙

(1中國(guó)石化國(guó)際石油勘探開發(fā)公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 3中石油渤海鉆探工程有限公司鉆井技術(shù)服務(wù)分公司)

油氣井完整性管理的概念起源于國(guó)外,BP公司早在1977年就開始了油氣井完整性方面的探索[1]。20世紀(jì)90年代，挪威石油標(biāo)準(zhǔn)化組織(Norsok)制定發(fā)布了井完整性管理標(biāo)準(zhǔn)D-010的最早版本，2004年挪威P-31A井噴事故之后，井完整性被廣泛重視。

Norsok D-010 V3定義了井完整性管理并提出了井屏障的概念。井完整性管理指“在井生命周期內(nèi)，即從井的設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)直至棄置期間，通過應(yīng)用技術(shù)、操作和組織結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，減少地層流體在地層之間或地層與地面之間無控制流動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)”。井屏障是井完整性管理中的一個(gè)重要概念，指將井內(nèi)流體或壓力封閉在井內(nèi)，防止地層流體在非控制狀態(tài)下流入井筒、其他地層或外部環(huán)境的系統(tǒng)或裝置。井屏障按照與地層流體接觸的先后順序，分為第一井屏障和第二井屏障。井完整性管理即對(duì)井屏障元素的管理，只有具有兩道經(jīng)過驗(yàn)證的合格的井屏障時(shí),井完整性才能得以保障[2]。

一、井完整性管理基本要求

油氣井在生命周期的不同階段具有不同的完整性管理要求[3]。

(1)在鉆完井、修井及棄井階段：應(yīng)依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工；對(duì)井屏障/井屏障元素性能、相關(guān)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)參數(shù)定性分析或量化計(jì)算；考慮功能失效模式，并可對(duì)其進(jìn)行修復(fù)；在井交接之前，根據(jù)鉆完井及修井期間的技術(shù)變更和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),更新生產(chǎn)制度及完整性參數(shù)，如最大允許井口環(huán)空壓力和操作壓力，并在井交接文件上標(biāo)明；對(duì)操作和維護(hù)保養(yǎng)要求進(jìn)行詳細(xì)說明。

(2)在生產(chǎn)階段，應(yīng)在規(guī)定的生產(chǎn)條件下操作及對(duì)井屏障維護(hù)、保養(yǎng)及測(cè)試，避免出現(xiàn)危害生命安全、環(huán)境和資產(chǎn)價(jià)值的無法承受的失效風(fēng)險(xiǎn)，并更新單井的完整性狀態(tài)。

二、井完整性管理流程

井完整性管理流程的建立及執(zhí)行應(yīng)在公司層面承擔(dān)起大量的整合協(xié)調(diào)工作,是井在整個(gè)生命周期內(nèi)完整性的保障，通過井完整性管理模型的建立(圖1)，相關(guān)數(shù)據(jù)/信息在部門之間自由流動(dòng)[4]，并引入鉆完井、油藏、生產(chǎn)、修井及HSE的多專業(yè)頭腦風(fēng)暴式的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立為生產(chǎn)服務(wù)的井完整性管理流程，實(shí)現(xiàn)完整性與成本的平衡[5-6]。

1. 井屏障元素可接受標(biāo)準(zhǔn)

井屏障元素是組成井屏障的物理部件，與其他井屏障元素一起構(gòu)成完整的井屏障。井屏障元素可接受標(biāo)準(zhǔn)采用定性或定量的方式描述井屏障元素最低的技術(shù)要求，其辨認(rèn)過程也是井屏障失效模式的辨認(rèn)過程，是風(fēng)險(xiǎn)分析和井完整性管理的技術(shù)基礎(chǔ)[2]。

圖1 井完整性管理模型的建立

井屏障元素可接受標(biāo)準(zhǔn)就井屏障元素的使用、選擇、測(cè)試要求、可接受的泄漏標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)保養(yǎng)及監(jiān)測(cè)要求等進(jìn)行詳細(xì)說明，在概念設(shè)計(jì)階段開始制定，并在詳細(xì)設(shè)計(jì)、鉆完井施工及修井過程中更新，作為生產(chǎn)階段井屏障元素監(jiān)測(cè)及維護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 井的類型

基于隱患和風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別及管理理念[7]，可根據(jù)油田特點(diǎn)將井按功能、位置、產(chǎn)量、舉升類型、井身結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行分類，如按功能，可分為油井、氣井、注水井、注氣井等。不同類型井在相同的失效模式下可能具有不同的維護(hù)保養(yǎng)要求及行動(dòng)代碼。

3. 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

井完整性管理需要全面了解井屏障元素失效所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可運(yùn)用HSE通用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣評(píng)估某井/類型井的不同的井屏障元素失效的可能性和后果的嚴(yán)重性，以利于為將最佳效益作為井完整性診斷和消減措施的決策提供信息保障。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可采用由鉆完井、生產(chǎn)、HSE 、井下作業(yè)相關(guān)專業(yè)參與的多學(xué)科結(jié)合的頭腦風(fēng)暴，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定性分析潛在風(fēng)險(xiǎn)，得到相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并完成風(fēng)險(xiǎn)記錄表,見表1所示，作為井完整性管理模型的參考。

表1 風(fēng)險(xiǎn)記錄表示例

4. 行動(dòng)代碼

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)賦予井失效模式不同的行動(dòng)代碼，其原則是確保將風(fēng)險(xiǎn)控制在最低合理可行的范圍內(nèi)。風(fēng)險(xiǎn)越大，處理的優(yōu)先級(jí)越高。行動(dòng)代碼用于確保井完整性恢復(fù)工作的及時(shí)進(jìn)行，同時(shí)需要備件的庫(kù)存管理和承包商管理作為其執(zhí)行保障見表2。

5. 井完整性顏色代碼

采用四種顏色來標(biāo)注井完整性狀態(tài)(表3),實(shí)現(xiàn)井完整性狀態(tài)的可視化[8]。

表3 井完整性顏色代碼

6. 井完整性管理模型

井完整性管理模型綜合了井完整性保障、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、井失效模型、行動(dòng)及顏色代碼，采用單一矩陣清晰的表述生產(chǎn)過程中的井完整性管理的要求，是井完整性管理的內(nèi)核和基礎(chǔ)。

井完整性管理模型應(yīng)是動(dòng)態(tài)的，應(yīng)對(duì)管理過程中的相關(guān)績(jī)效指標(biāo)，如預(yù)防性保養(yǎng)和糾正性保養(yǎng)的比值、平均失效周期等定期進(jìn)行技術(shù)回顧并更新模型，使其符合實(shí)際狀況。

由于篇幅所限，表4僅對(duì)每一種組合舉1～2例進(jìn)行說明，各油田可根據(jù)實(shí)際狀況，建立個(gè)性化管理模型。

表4 井完整性管理模型示例

三、其他

油公司可根據(jù)井完整性管理模型采用電子表格或數(shù)據(jù)庫(kù)建立井完整性管理系統(tǒng)，對(duì)單井的完整性狀態(tài)進(jìn)行管理，井完整性管理模型是管理系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，井完整性管理系統(tǒng)是管理模型的外在表現(xiàn)。井完整性管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)井完整性狀態(tài)的可視化管理,對(duì)井完整性快速分類、查詢及分析，了解井完整性管理現(xiàn)狀，制定針對(duì)性的改進(jìn)措施。

四、認(rèn)識(shí)與建議

(1)建立從設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)、井下作業(yè)直至棄井過程中的井全生命周期的完整性管理流程，確保井風(fēng)險(xiǎn)始終處于最低合理可行的范圍內(nèi)，最大限度的確保井的平穩(wěn)生產(chǎn)。

(2)井完整性管理流程的建立打破了傳統(tǒng)油公司組織結(jié)構(gòu)中部門的限制，促進(jìn)了井?dāng)?shù)據(jù)在部門直接有效的流動(dòng)，促使各部門作為一個(gè)整體高效地參與到井完整性管理。

(3)井完整性管理是一項(xiàng)全新的一體化的管理理念，通過井完整性的概念將原有的鉆完井和井下作業(yè)的零散數(shù)據(jù)和技術(shù)程序整合為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)井的高效管理。

(4)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的引入，避免了對(duì)所有井采取同一的井完整性保障措施，增加不合理的生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)資金利用效率最大化。