克深氣田油套竄通高壓氣井安全生產的思路及措施

宋曉俊　黃鐘新　任亮　王洪松（中國石油塔里木油田分公司）

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克深氣田油套竄通高壓氣井安全生產的思路及措施

宋曉俊黃鐘新任亮王洪松（中國石油塔里木油田分公司）

摘要：在高壓、高溫油氣井的生產階段，環空異常持續帶壓將直接影響到氣井和現場作業人員的安全，其中以油套竄通的類型最為嚴重。針對克深氣田12口油套竄通高壓氣井的生產現狀，分析了油套竄通給安全生產帶來的突出問題，結合油套竄通高壓氣井所表現出的環空壓力異常現象，根據其產量、油套連通性、關井井口壓力及環空最大許可工作壓力的關系對這類井進行分類分級管理，提出了安全生產的思路和具體措施，對油氣田安全高效開發具有重要的意義，同時也可作為高壓環空帶壓隱患井治理的參考準則。

關鍵詞：油套竄通；高溫高壓氣井；環空持續帶壓；環空最大許可壓力；分級管理；安全生產

引言

隨著石油天然氣勘探開發工作不斷深入，大量油氣井在開發過程中相繼出現環空帶壓的現象，高壓氣井的油管外環空或套管外環空帶壓引起的問題日益嚴重，氣井環空異常持續帶壓后會嚴重影響氣井的正常配產，降低采收率，對氣田后續開發生產管理造成不利影響[1]。異常環空持續帶壓氣井里面尤其以油套竄通（即生產油管與套管之間竄通）的高壓氣井的問題最為突出，由于其油套連通性好，A環空（即生產油管與套管之間的環形空間）壓力對油壓波動靈敏，導致這類井常常面臨兩難境地：開井生產會增加壓力監測與井口放壓的成本；關井又害怕套壓超過其管柱承受的極限壓力，可能導致整口井報廢，甚至引發天然氣竄漏至地層、泄漏至井口等無法控制的災難性事故[2]。

然而要徹底解決油套竄通高壓氣井存在隱患，不管是通過修井修復油套竄通，還是徹底封閉井組，所花費的費用都相當巨大[3]；因此，必須從環保、安全和經濟的角度出發，對油套竄通高壓氣井在生產過程中存在的突出問題進行全面分析。以塔里木油田克深氣田為例，通過對其油套竄通高壓氣井現狀和生產過程中存在的突出問題進行全面分析，提出安全生產的思路及措施，以降低修井或者導致井報廢的可能性。

1　克深氣田油套竄通高壓氣井的現狀

克深氣田是中國石油塔里木油田的主力氣田之一，該氣田氣井存在“3高”（高壓、高溫、高產）的特點，地層壓力120 MPa，井口關井壓力90 MPa，井口溫度最高可達100℃，平均單井氣產量50× 104m3/d。單井井口采用液壓控制盤控制井下安全閥和井口液動閥門，實現對井口的安全控制；同時，井口安裝有2級節流裝置，通常采用1級固定油嘴加2級可調油嘴的方式，采氣樹放噴翼水平設置放噴管線1條，采用1級手動節流閥，控制放噴流量，提升投產前的井口溫度。單井生產工藝流程為：單井井口來氣經過2級節流后進入采氣支線，各采氣支線匯入集氣干線輸往處理廠進行處理，井口流程見圖1。采氣井口地面控制系統集成了目前國際上最先進的天然氣井場控制系統技術，該系統可以實時顯示、監測井場各種工藝過程、運行參數，在不正常或危險情況發生時及時報警。

圖1　克深氣田標準井口流程

克深氣田自投產以來，先后有40口氣井投入生產，其中有18口氣井在投產不久后都出現了不同程度的環空異常起壓的現象。根據這些井在鉆井階段、固井階段時的情況，結合投產后其油套壓在環空泄壓、開關井、調產等不同狀態下的壓力時間升降曲線，判斷有12口井為油套竄通，占總井數的30%，其竄通的通道可能為以下類型中的1種或者幾種組合：生產油管存在漏點或生產油管絲扣處微滲；生產油管掛滲漏；生產套管破損；井下封隔器密封失效；采氣樹密封件、套管頭連接部位出現漏失[4]。

根據API RP90和NORSOK D010標準，通過油管頭、生產套管和油管的強度校核以及封隔器工作壓差校核，分別計算出環空在生產、放噴、關井狀態下最大、最小允許帶壓值。

在正常生產過程中，根據現場油套環空介質、井溫變化等，控制油套竄通高壓氣井的油套壓差既不高于井下工具中實際工作壓差的最小值，又不高于油套管抗內壓和抗外擠強度中最小值。例如，實施放大井口壓差生產，通過降低油壓繼而降低A環空壓力，將A環空壓力控制在合理、安全的范圍內生產。

2　生產過程中存在的突出問題

油套竄通高壓氣井要盡量避免發生意外關井，因為油套竄通高壓氣井的A環空最大允許帶壓值往往要小于井口關井壓力，一旦發生關井的情況，且短時間內無法開井，則A環空壓力可能會隨著油壓升高而升高，直至與油壓相等，導致發生套管超壓破裂、天然氣竄漏至地層的風險。克深氣田盡管采用較為先進和安全的工藝、控制系統，但是難以避免會發生一些意外情況導致氣井自動關斷，例如：

1）生產管線發生凍堵或者1、2級油嘴損壞失去節流作用導致2級節流后的壓力超過最大生產壓力（SOL），自動關井。

2）由于施工質量缺陷或者后期介質腐蝕，導致管線刺漏、爆管，從而使2級節流后壓降速率超過最大允許值，且持續下降；2級節流后壓力低于正常工作壓力（SOC），自動關井。

3）由于產品質量導致井口采氣樹儀表、閥門大面積刺漏而關井。

4）人員誤操作、ESD誤動作、UPS系統故障等導致關井。

克深氣田自投產以來，發生過至少10起由于意外情況導致部分油套竄通高壓氣井緊急關井的事件（表1）。

表1　克深氣田油套竄通高壓氣井意外關井統計

油套竄通高壓氣井發生意外關井后，使生產單位面臨以下突出問題：

1）油套竄通高壓氣井分布散，距離值班點較遠，操作人員短時間內無法及時趕至井口進行應急處理。

2）單井平均應急操作時間長，而生產單位人力資源有限，當幾口井同時需要處理時，現場人員無法兼顧，有可能造成井口事故。

3）若意外情況無法在短時間內處理完畢，高壓氣井無論處于什么狀態，都需要操作人員24 h現場監守，使勞動強度增大，無法兼顧其他氣井的生產工作。

4）目前放噴點火普遍采用人工點火，部分油套竄通高壓氣井井流物含液量大，易將火撲滅，造成放噴點火困難，使點火過程中存在安全風險。

5）放噴管線采用1級手動節流控制，易發生凍堵，使操作困難。

3　思路及措施

3.1分類管理

通過對國內高壓氣井異常環空壓力現象、形成機理、處理方法的調研，結合克深氣田油套竄通高壓氣井在生產階段所表現出的環空壓力異常現象，塔里木油田公司對克深氣田油套竄通高壓氣井進行分類分級管理，根據其產量、油套連通性、關井井口壓力及環空最大許可工作壓力的關系進行分類管理，大致可以分為3類：

1）低風險井。地層能量不足，產量較低（小于10×104m3/d），關井與開井井口壓力壓差大，即關井壓力高于A環空最大允許帶壓值；開井后井口壓力下降迅速，遠低于A環空最大允許帶壓值。

2）中風險井。產量較高（大于10×104m3/d），油套連通性一般（關井后，A環空壓力隨油壓升高緩慢），關井井口壓力較低（低于A環空最大允許帶壓值）。

3）高風險井。產量高（大于10×104m3/d），油套連通性好（關井后，A環空壓力隨油壓升高明顯），關井井口壓力高（高于A環空最大允許帶壓值）。

油套竄通高壓氣井風險級別評價流程見圖2。

圖2　油套竄通高壓氣井風險級別評價流程

3.2安全生產思路及措施

針對油套竄通高壓氣井在生產過程中存在的問題，并從安全、環保、經濟的角度出發，避免發生高昂的修井費用，同時減少天然氣放空，分別對3類井給出以下思路及措施。

對于第1類井，其開采價值較低，安全風險較大，可以采取半壓井關井措施，將一定密度的有機鹽擠入油管，在有機鹽下部填充油氣隔斷材料，壓井后密切觀察油壓及各環空壓力，等到氣田開采后期，地層壓力下降；當井口關井壓力低于A環空最大允許帶壓值時，這口井的安全隱患就解除了。該措施優點是壓井作業施工簡單，花費小[5]。

對于第2類井，有一定的開采價值，由于其關井井口壓力一般不會超過A環空最大允許壓力，可正常生產，加密監控；當壓力有上升趨勢時，可采取放大壓差生產和環空放壓措施，并做好相應的應急預案；當井口發生異常情況，有充足時間到現場進行處理，關井時應立即組織放噴，待處理完異常情況后可繼續監控生產[6]。

對于第3類井，由于其關井井口壓力超過A環空最大允許壓力，風險較高，正常生產時可采取合適的放大壓差生產，使井口壓力和A環空壓力保持在留有安全裕度的范圍內；同時，在地面生產裝置工藝設計時，可根據具體情況考慮以下措施中的1種：

1）在井口設計2套互為備用的生產系統。其中1套生產系統為常規的集輸工藝，由生產管線將介質輸送至中央處理廠進行凈化處理；另1套生產系統可以是1條相對獨立、不受常規生產系統影響的備用集輸管線（圖3），或者是現場放置1套備用的撬裝化CNG壓縮回收裝置。若常規集輸工藝出現意外情況不能使用，可設置自動化系統，以自動或者手動方式接入另1套生產系統，以保證井口處于開井狀態，待異常處理完畢后，導入正常流程。

基于天然先導化合物的結構優化是創制新農藥的重要途徑［1］。以天然殺菌活性成分大蒜素為先導化合物，中國開發出了農用殺菌劑乙酸素［2］；以高等真菌代謝的殺菌化合物Ibotenic acid為先導化合物，開發出了殺菌劑惡霉靈［3］；Shell公司開發的烯酰嗎啉和中國沈陽化工研究院有限公司開發的氟嗎啉則是基于肉桂酸化學結構而開發的殺菌劑［4－6］；近年來，農用殺菌劑市場占有重要地位的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑，其先導化合物是從高等真菌中分離的化合物Strobilurins，因此這類殺菌劑也被稱為Strobilurins 殺菌劑［7，8］。

圖3　備用生產管線流程

2）將井口的放噴流程設計為自動/手動放噴系統。將井口生產翼、放噴翼閥門控制及放噴點火系統接入RTU（圖4），在氣井發生任何異常需要關井時，設置自動化系統，可自動或者手動啟動放噴系統，導通井口流程，避免發生關井，將A環空壓力控制在安全壓力范圍內。

圖4　自動放噴點火流程

3）在井口增加1條備用的放噴管線。除了正常配備的放噴翼放噴管線，可在井口測試閥門處接1條備用的放噴管線（圖5）；當生產、放噴管線都出現異常時，可使用備用的放噴管線，保證井口處于開井狀態。

圖5　備用放噴管線流程

4　結束語

高壓氣井一旦發生油套竄通的情況，將嚴重影響氣井的安全生產。生產單位必須從環保、安全和經濟的角度出發，結合其表現出的環空壓力異常現象以及自身，根據其產量、油套連通性、關井井口壓力及環空最大許可工作壓力的情況，對油套竄通高壓氣井進行分類管理；根據不同的類別制定出針對性的預防措施，以保證高壓氣井高效、安全開發。

參考文獻：

[1]石榆帆，張智，肖太平，等.氣井環空帶壓安全狀況評價方法研究[J].重慶科技學院學報：自然科學版，2012，14（1）：97-99.

[3]何銀達，羅超，周忠明，等.異常高壓高產氣井修井工藝技術在KL203井的應用[J].油氣井測試，2008，17（1）：18.

[4]聶世均，謝欣龍，孫祥，等.氣井水泥環封隔完整性失效原因及對策[J].天然氣工業，2014，34（1）:159-163.

[5]王治國，盛杰.氣井環空帶壓原因及目前解決措施[J].中國化工貿易，2011，3（7）：9-10.

[6]齊奉忠，劉碩瓊，袁進平，等.氣井環空帶壓的原因分析及解決措施淺析[C]//2008年固井技術研討會論文集.北京：石油工業出版社，2008：25-28.

（編輯王艷）

收稿日期2015-07-13

作者簡介：第一宋曉俊，工程師，2006年畢業于重慶大學，從事油田工藝安全、采氣工程的管理工作，E-mail：273541741@qq.com，地址：新疆庫爾勒市塔指小區五區黃樓C104，841000。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.02.013