特大型油氣田高溫高壓氣井管柱一體化高效管理

□ 文/劉洪濤 耿海龍 胡芳婷 馬磊

成果其他創造人： 趙密鋒 周理志 付安慶 周 波 趙 力 婁爾標 竇益華 丁亮亮

塔里木油田庫車山前高溫高壓氣井堪比墨西哥灣、北海等高溫高壓油氣田，油管柱服役環境極為惡劣，管柱失效控制屬于世界級難題。2015之前，庫車山前高溫高壓氣井管柱失效比例高達10%，造成了巨大的經濟損失。自2015年起，為保障高溫高壓氣井安全平穩生產，塔里木油田以“不因管柱完整性問題損失產能”為出發點，“安全、經濟、高效”為落腳點，多措并舉、多管齊下，創新管理理念、健全組織架構、組建全能團隊、規范標準流程，最終形成了“行業部門-技術部門-生產部門”有效聯動的管柱一體化管理團隊，且創建了全方位、系統化閉環管理流程，制定了統一化標準規范，涵蓋油套管訂貨技術協議編制、選材選扣、產品質量控制等各個環節，實現了油套管從“生”到“死”全生命周期的系統化管理。5年的實踐表明，管柱一體化管理模式成效顯著，高溫高壓氣井新投產井管柱失效率降為零，不僅節約了大量修井費用，同時也避免了修井帶來的產量損失，直接經濟效益為14.04億元，為塔里木油田高水平、高效益發展提供了有力的保障。

一、世界級難題

塔里木油田公司是中國石油天然氣股份有限公司的地區公司，總部位于新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市，集油氣勘探開發、煉油化工、油氣銷售、科技研發等業務為一體，作業區域遍及南疆五地州，資產總額800多億元，年油氣生產能力3000萬噸，是我國陸上第三大油氣田和西氣東輸主力氣源地，也是新疆地區最大的石油石化企業、中國石油最具盈利能力的地區公司之一。

32年來，塔里木油田以實現我國油氣資源戰略接替為己任，大打勘探開發進攻仗，矢志尋找大場面、建設大油氣田，相繼攻克系列世界級難題，在深層超深層復雜油氣藏勘探開發等方面取得重要成果。累計發現和探明輪南、塔中4、克拉2、哈拉哈塘、克深2、大北3等32個大中型油氣田，探明油氣儲量當量27.7億噸，生產油氣超4億噸，上繳國家和地方稅費超1610億元，為保障國家能源安全和促進新疆經濟社會發展作出了重要貢獻。

庫車前陸盆地位于塔里木盆地北緣、天山南麓，天然氣資源豐富，勘探面積2.8萬平方千米，天然氣資源量近7萬億立方米，2020年生產天然氣超295億立方米，是國內天然氣增儲上產的主戰場之一。該區域190口超深高溫高壓氣井，占油田總井數7.82%，貢獻了全油田80%油氣當量，每口井都承擔著調峰保供的重要任務。然而，其復雜的地質條件（超深8000米、超高溫近190攝氏度、超高壓近140兆帕、復合鹽膏層近4500米）、極端工況（改造時井口泵壓達140兆帕）和苛刻的腐蝕環境對管柱完整性帶來了極大挑戰，導致油管柱失效控制難度大、安全生產風險高。

如何確保高溫高壓氣井管柱安全服役是一個世界性難題，國際上各油公司、各大研究機構和服務公司都致力于解決這一難題，挪威、英國等國家形成了系統的管柱完整性管理體系。國內在這方面研究較少。自2015年起，塔里木油田為保障高溫高壓氣井安全平穩生產，創新形成了“行業部門-技術部門-生產部門”有效聯動的管柱一體化管理團隊，配套全方位、系統化閉環的管理流程，制定了涵蓋油套管訂貨技術協議、選材選扣、產品質量控制等各個環節的標準規范，實現了油套管從“生”到“死”全生命周期的系統化管理，助力庫車山前高溫高壓氣田群安全高效開發。

二、實施背景

（一）保障國家“西氣東輸”

安全平穩運行戰略的需求

“西氣東輸”工程是西部大開發宏偉戰略的一項重要內容，對保障國家能源安全、改善民生、促進節能減排和帶動新疆地區以及中西部沿線地區的經濟發展意義重大。塔里木油田作為西氣東輸的主力氣源地，管理著國內最大的高溫高壓氣田群，井完整性一旦出現問題，將嚴重影響國家能源安全。

油管柱完整性是高壓氣井井完整性的第一道屏障。據統計，截至2015年，高溫高壓氣井管柱失效率高達10%，修井費用約4.2億，損失產能約4176萬立方米，修井后產能平均降低13.4萬立方米，造成了巨大的經濟損失。以往各部門“各司其職”“各為其政”頭疼醫頭、腳疼醫腳的管理模式已不再適用，需從單打獨斗的“接力賽”向協同作戰的“團體賽”進行轉變，“全方位、多元化、一體化”的管理才能保障管柱的安全性和可靠性。

（二）適應塔里木油田高質量、高水平、高效益發展的需求

隨著勘探開發的深入，油田整體勘探開發重心正逐步向深層、超深層復雜油氣藏轉移，油田面臨的形勢、任務較以往更加嚴峻和突出。通過實施管柱一體化管理，健全全過程不同階段運行機制和管理辦法，形成一套高效的管理新模式，促進管理提升、確保風險受控、保障安全運行，實現降本增效，為油田高水平、高效益發展提供有力保障。

三、主要措施及做法

（一）創新管理理念，明確管理目標

2015年之前，塔里木油田油氣井管柱的管理主要由負責管柱材質優選、設計校核、采購、質量檢測、生產管理等不同業務的部門獨自開展，且各部門之間缺少有效聯動，尚未形成管柱使用全過程的系統認識和統一管理。

近年來，隨著塔里木油田勘探開發的深入，工況日趨復雜苛刻。高溫高壓氣井管柱失效事故時有發生，根本原因在于對油氣井管柱的完整性和可靠性缺乏系統全面的認識和管理，導致某一個或多個環節成為薄弱點。為解決這一難題，塔里木油田先后多次組織技術人員赴國內外知名油套管生產廠家、科研院所、兄弟油田進行考察交流，學習先進的油氣井管柱管理經驗。

2015年，塔里木油田借鑒國外完整性管理理念，對影響管柱安全的因素進行綜合考慮，首次對油氣井管柱的管理模式進行創新，提出管柱一體化管理理念。管柱一體化管理是一種集技術、操作、組織和經濟為一體全新的管理方法。“不因管柱完整性問題損失產能”是管柱一體化管理團隊的目標。應用先進的油井管柱管理理念和技術持續改進油氣井管柱管理方法和體系是管柱一體化管理團隊的運行原則。通過油氣井管柱的一體化管理，達到確保管柱全生命周期安全可控，有效降低管柱失效率，減輕事故發生的后果，顯著提升管柱安全管理水平，使管柱管理更加科學規范，是管柱一體化管理團隊的共同事業愿景。

圖1 油氣井管柱一體化管理組織

（二）健全組織架構，明確職責定位

1. 架構搭建更全面，職責劃分更明確。組織架構是一體化管理的基礎，是推動其研究和應用的必要條件。為實現對油氣井全生命周期內所有影響管柱安全的因素進行綜合全面管理，全方位考慮與管柱相關的管理部門、業務部門，以及與油田有業務往來的單位，搭建了全面的組織架構。

在油田行業管理、生產單位、技術部門等各單位協同工作的模式下，采用管理團隊和技術團隊的雙螺旋組織架構推動管柱一體化管理的運行。技術團隊為管理團隊提供決策支撐，管理團隊為技術團隊進行組織協調、宣貫及監管，兩團隊間相互促進、相互補充。

油氣井管柱一體化管理組織以生產問題為導向，以小組為單元，在團隊總負責人的指揮下，根據生產問題特點，啟動一體化管理流程：

油氣井管柱一體化管理團隊在流程指引下，啟動聯動機制，組織周、月度生產例會，以生產問題為導向，共同制定措施并及時落實，高效解決油田管柱現場問題。

2. 聯動機制促落實，獎懲辦法提質量。為確保一體化管理體系和組織架構的有效運行，推動生產科研聯動，使各單位之間協調順暢、高效反饋，油田采用了多獎少懲、獎懲有據、獎懲及時、獎懲公開、有功必獎、有過必懲為六大獎懲原則，建立合理且具有挑戰性的考核體系，切實營造了團隊勤奮進取，拼搏向上的良好氛圍。

在考核機制推動下，油氣井管柱一體化管理模式提升了各單位的服務質量和工作效率，加強了各團隊的責任心和執行力，簡化了以往繁冗的流程，保障了現有體系的有效運行，實現了少人、高效。以往一種特殊規格管柱的訂貨技術協議從生產單位提出需求、技術部門可行性論證再到協議簽訂，往往需要長達一年時間，而現在實行油氣井管柱一體化管理模式，組建“協議簽訂”小組，按照各單位人員崗位職責和業務范圍，組織生產單位人員對需求進行明確、技術部門對具體細節進行把關、管柱廠家對技術可行性進行承諾，采購部門按需求時間和質量要求進行采購、簽訂合同，整個流程僅需一個月的時間。

3. 專家團隊保決策，人才培養促發展。油氣井管柱一體化管理是一個綜合、復雜的過程，需要多樣化、專業化、高端化的技術人才，在核心專業的基礎上要求“一專多能”。油氣井管柱一體化管理在5年的時間里為油田打造了一支高素質專業化管理隊伍，現場、科研、管理統籌兼顧，重視對人才的全面協調可持續培養和發展，采用“科研人員去現場、現場人員參與科研課題研究”等模式，以老帶新，以熟帶生，以優促新，互學互補，為團隊長效發展提供保障。

（三）組建全能團隊，突出能崗匹配

塔里木油田按照專業相近、能力匹配的原則，組建了管柱一體化管理團隊，團隊人員碩士以上學歷占70%，平均年齡為35歲，是一支學歷高、經驗豐富、創新力強、斗志昂揚的精英隊伍。

1. 管理領導指引方向、掌控全局。為了確保管柱一體化管理的高效運行，管柱一體化管理團隊配備了能夠掌控全局和指引方向的劉洪濤作為管柱一體化管理團隊的“領頭羊”。劉洪濤具有很強的組織協調能力，組建的油田首個“跨學科、跨專業、跨部門”的一體化創新工作室，目前已獲全國示范性勞模和工匠人才創新工作室。

2. 專家團隊突出技術、把控質量。管柱一體化管理團隊分發揮各級技術專家理論功底扎實、技術經驗豐富等優勢，強化技術專家在技術協議、選材選扣、產品質量控制等過程的精準把關工作，確保管柱管理的專業化。

3. 團隊成員協同作戰、高效保質。隨著各學科專業分工和研究方向的細化，導致各專業的科研人員知識技能過于單一，交叉學科知識掌握明顯不足。為此，管柱一體化管理團隊在引進現場經驗豐富的工程師及不同專業的高校畢業生的基礎上，依靠各專業的技術專家，廣泛開展形式多樣的交流、培訓和指導，拓寬團隊人員知識面，提高廣大團隊成員多學科綜合實踐能力，增強各專業間的技術支持力度。

（四）規范標準流程，強化質量管控

為提高油氣井管柱一體化管理的科學性及時效性，油氣井管柱一體化管理團隊嚴格按照標準、制度等規范流程，細化工作環節，層層落實，科研攻關借力高校院所，方案設計充分發揮專家作用，質量檢驗采用最嚴格的標準，管柱失效問題集成化分析，創建了全方位、系統化閉環的一體化管理模式。

1. 科研項目流程化。塔里木油田具有企業人員少、社會負擔輕等優勢，但也面臨技術研發力量不足、研發資金有限等問題。塔里木油田管柱一體化管理團隊根據自身特點，采用引進、吸收外來先進技術和自主創新兩種模式，提高團隊研發和創新水平。管理團隊組織各單位專家對科研項目的必要性和科學性進行充分論證，確定項目負責人、參與者及分工，明確各階段的主要工作內容和目標。對于自研項目，管柱一體化管理團隊定期對團隊負責人進行季度、年度匯報。對于外協課題，開展立項、開題、招標、合同簽訂等科研流程，管理人員對科研項目的經費進行審核把關，項目負責人和參與者按照合同約定的各個節點進行細化管理，深入掌握科研項目的試驗要求、方法、原理及進度，管理人員組織專家對科研項目各階段成果進行驗收、評價，最終進行成果轉化與應用。

2016年管柱一體化管理團隊面對塔里木油田超深（井深超8000米）、超高壓（井底壓力超過136兆帕）、超高溫井況（井底溫度最高接近200攝氏度）和“三百”工況（井口關井壓力達110兆帕、產量超100萬立方米、溫度120攝氏度），及 油 氣中 富含CO2（＞2%）、Cl-（＞80000毫克/升）等腐蝕介質的嚴苛工況，協同科研院所，綜合考慮各種工況，開展了油管選材評價工作，研究設計了的腐蝕試驗評價流程，創新形成基于“三超”氣井全生命周期的腐蝕評價及選材方法，揭示了油井管全生命周期的腐蝕規律，優選經濟型超級13Cr作為高溫高壓氣井完井油管材質，同時開發馬氏體不銹鋼專用的高溫酸化緩蝕劑，以降低酸壓改造過程中酸液對超級13Cr油管的腐蝕。塔里木油田管柱一體化管理團隊借助科研項目攻關“由內而外”出色的完成了提高管柱耐蝕性的難題，作為塔里木油田科技成果轉化的成功案例。

2. 管理過程化。在聯動機制帶動下，管理人員按照油田管理架構組織召開科室級、所級、院級、油田級四級專家審核會議，主要集中解決方案各部分內容的銜接和數據分析的一致性，提高管柱的可靠性和針對性，各級專家深入參與方案的制定、審核和完善過程，對結果進行把關，充分發揮專家的技術帶頭人作用。在方案審核環節，不同單位的技術專家角度不同、立場不同，會出現意見分歧，管理人員進行組織協調，對現場工況進一步核實，和生產單位進行對接，技術專家再次核定，選擇最優方案，同時管理團隊做好會議記錄，以便備查和類似問題的發生。

3. 質量控制標準化。油氣井管柱一體化管理團隊圍繞“訂貨、制造、監造、商檢、使用”五大關鍵環節，對入井管柱質量進行嚴格把控，實行閉環管理。（見圖2）在訂貨期間，技術協議中提出的材料技術指標和質量不僅要滿足API標準要求，更要滿足實際工況需要；在制造期間，材料必須通過ISO13679Ⅳ實驗和特殊工況補充試驗；在監造期間，每年飛檢1-2次，對監造隊伍進行履職能力評估，對制造商過程質量進行突擊檢查；在商檢期間，材料到貨后，技術部門與采購部門聯動商檢，及時處理不合格產品；在使用期間，通過規范氣密封檢測操作程序，確保每道扣密封性，推行兩級清單檢查制度，確保入井管柱萬無一失。同時建立了過程管控制度和單井信息檔案，做到入井油管具有可追溯性。

圖2 入井材料質量閉環控制模式

目前塔里木油田管柱質量檢驗已形成規范化動作，對不合格品的處置有相應的懲罰機制，同時每年清查在用標準、規范和辦法等，剔除過期、報廢標準和文件，跟隨國際步伐及時更新標準，同時制、修訂適用于塔里木油田高溫高壓復雜工況的企業標準和辦法。

4. 失效分析集成化。塔里木庫車山前高溫高壓氣井相比國外墨西哥灣、北海、南海鶯瓊盆地，國內西南油氣田等，油管柱服役環境最為惡劣，管柱失效時有發生，為確保失效分析的科學性、及時性，建立了失效分析流程和反饋機制。（圖3和圖4）

圖3 失效分析管理流程

圖4 失效分析反饋機制

失效分析全過程是通過“多專業、跨學科、跨部門、一體化”的聯合攻關模式開展的，充分借鑒專業科研院所力量，切實發揮各類專業技術水平，找出油、套管失效原因，并且及時將失效結論轉化為方案設計或者具體的操作指南，為現場決策提供重要技術支持。油氣井管柱一體化管理團隊將失效分析過程進行了集成化，將同等工況、區塊的管柱失效案例進行歸類、合并，形成了失效分析案例庫，為失效事故的預防、預測措施的迅速反饋提供保障。

（五）重視前瞻研究，做好技術攻關

塔里木油田油氣井管柱一體化管理團隊多年來持續保持與國內外同行及科研院所的密切合作關系，同時不斷提高自主創新水平，以技術創新帶動管理創新和制度創新，提高了科技創新效率及科研成果轉化效率，創造性地走出了一條“用人少、效率高、效益好”的新路。

1. 前瞻性研究確保油田高效益上產。隨著塔里木油田高溫高壓油氣田的開發，“三超井況+極端工況+苛刻的腐蝕環境”給井完整性帶來巨大挑戰。自2012年以來，超級13Cr管柱斷裂失效時有發生，給油田造成了巨大的經濟損失。針對這一管柱失效事件，管柱一體化管理團隊并未以普通的失效分析案例對待，而是前瞻性到意識到這將是油田高溫高壓氣井所面臨的普遍問題，于是2015年技術團隊以油田自主研發項目為依托，聯合科研院所集中攻關，經過持續攻關，在高溫高壓氣井13Cr油管斷裂失效控制技術研究與應用方面取得重大突破。

2. 前瞻性儲備助推油田可持續發展。管柱一體化管理團隊，針對制約油田高效發展的工程技術難題，聯合科研機構，加大創新力度，開展專項技術攻關，進行技術儲備，為管柱一體化管理的可持續發展奠定了堅實的基礎，支撐油田有質量有效益可持續發展。

（六）加強產權保護，推進成果轉化

1. 專利保護有方法。管柱一體化管理團隊在技術創新的同時，注重知識產權保護，制定了專利戰略實施三部曲：一是提升專利儲備量；二是在量的基礎上逐步提升專利質量；三是在質與量并重的前提下，逐步增加核心專利的儲備比例。

2. 專利儲備有內容。在專利儲備階段，已申請專利56項，其中發明專利22項，實用新型專利34項，目前已授權10項。管柱一體化管理團隊大量的專利儲備為塔里木油田成為國內各大油氣田井完整性專業翹楚奠定了堅實的基礎。

3. 專利應用有效果。管柱一體化管理團隊注重專利現場應用，曾獲國家發明專利1項和實用新型專利2項授權的套管防腐短節已被中國石油集團認定為自主創新產品，并在油田試驗應用4口井，目前應用效果良好。

四、實施效果

（一）管理水平提升

圍繞“不因管柱完整性問題損失產能”這個目標，油氣井管柱一體化管理團隊自2015年成立通過借鑒國內外管柱管理經驗、搭建了一體化管理架構、進行了團隊建設、梳理管柱一體化管理流程、以技術創新帶動管理創新并緊跟生產實際、解決技術難題，同時為了提高團隊的競爭力，不斷提高自主創新能力，經歷了漫長又艱苦的過程。

在這5年的時間里，油氣井管柱一體化管理從一開始的懵懂無知到現在的駕輕就熟，實現了“三個規范”“三個提升”和“一個改善”。

三個規范：一是流程規范，團隊根據塔里木油田自身特點梳理流程、規范過程、環環相扣、查漏補缺，使管柱一體化管理達到適用、高效、全面、科學的運轉，且使各個單位溝通順暢，提高管理效率；二是業務規范，按照規范后的流程，油氣井管柱一體化管理團隊以小組為單元，對管柱管理各環節進行精確化、標準化，使各樣工作合法、合規，使工作要求有據可依；三是資料規范，油氣井管柱一體化管理所有數據、資料進行分類管理，形成了規范的資料體系，查詢數據準確、快捷，使工作方便、高效，實現了管柱數據可視、可控、可追溯。

三個提升：質量提升、觀念提升、人才素質提升。在油氣井管柱一體化管理理念的指導下，油氣井管柱在油田實現了國外產品受寵到國內產品暢銷的轉變，管柱的國產化也是因質量的提升向前邁進一大步，在這個過程中管柱一體化管理理念已深入塔里木油田管理各個層面，使管柱一體化管理推行更加通暢，同時也為油田培養了一支技術精、能力強、素質高的優秀團隊。

油氣井管柱一體化管理的推行也實現了塔里木油田管柱作業現場管理的改善和優化，對管柱的包裝、運輸、擺放、維護、起吊、現場操作到入井使用等各個環節進行監管并提供技術服務，并準確把握管柱現場運行情況，對于失效異常快速做出判斷和決策，使得生產管理系統能高效率的運作。

（二）管理成效顯著

針對庫車前陸盆地氣井管柱失效控制難題，塔里木油田引入國際管柱完整性理念，聚焦管柱生產質量和生產管理，系統開展選材選扣、設計校核、質量控制和管理維護關鍵技術研究，形成高溫高壓氣井管柱一體化管理技術，有力保障了庫車前陸國內最大高溫高壓氣田群的安全平穩生產，保障了西氣東輸和南疆利民工程平穩供氣，為塔里木300億立方米大氣區建設提供有力支撐，創造了巨大的經濟效益。具體經濟效益計算以KeS8-2井為例，該井因為管柱斷裂而進行修井，修井時間210天，修井費用產生3500萬元，損失產能60萬立方米/天，直接損失1.3億元。管柱一體化管理實施以前，塔里木油田庫車山前有140口高溫高壓氣井，因油管斷裂修井14口，修井率10%。2015年至今，采用管柱一體化管理方法以后，庫車山前高溫高壓氣井已新完井111口，目前均生產良好，按照修井率10%，該技術直接經濟效益為11.7億元。

（三）助推行業進步

油氣井管柱一體化管理團隊從油氣井管柱全壽命周期的安全可靠性及經濟性出發，深入開展了高溫、高壓復雜工況下的管柱技術研究，建立油氣井管柱一體化管理體系和配套支撐的技術體系，保障油氣田安全、經濟、高效的勘探開發和長期安全運行，意義重大。油氣井管柱一體化管理不僅整體提升了塔里木油田管柱管理水平，也大幅度提升了油田的自身形象。

塔里木油田管柱服役環境最為惡劣，遇到的難題最為復雜，不同區塊和不同環境下適用性要求不同，因此塔里木油田是管柱新產品、新工藝的先驅者，是科技工作者研究管柱的一塊寶地，管柱生產廠家也以在塔里木油油田應用經驗作為其質量過硬的證明，塔里木油田為同行業起到了良好的示范作用，提供了寶貴的經驗借鑒。中國石油西南油氣田、中國石化西北油田已多次來塔里木油田學習管柱一體化管理經驗；同樣塔里木惡劣的工況和油氣井管柱一體化管理手段也促使國內生產廠家對管柱質量提出更高要求，不斷研制新產品，促進技術進步，拉低了與國外產品的差距，推進了高性能以及特殊螺紋接頭的管柱國產化進程，企業也降低了成本，油氣井管柱一體化管理實現了社會效益和企業效益雙贏。

油氣井管柱一體化管理團隊將不斷的推廣和應用先進的管柱技術，并完善這種有效的管理模式，充分發揮科技的價值和潛力，推動塔里木油田的可持續發展。