深水套管環空壓力管理技術及應用

摘要：隨著深水油氣田不斷進入開發階段，各種各樣的技術難題逐漸凸現出來。針對深水井生產初期，井口處套管環空壓力上升可能會造成套管擠毀和破裂問題，對目前常用的環空壓力管理技術進行了介紹和分析，并對比了各個方法的技術優缺點。

關鍵詞：深水鉆井 套管 環空壓力 破裂盤

中圖分類號：TE52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01

在深水油氣田開發過程中，由于地層流體溫度高達上百攝氏度，而海床附近溫度很低，套管環空壓力增加問題突出在油氣田生產的初期幾小時內就可以使井口各層套管之間流體溫度上升，同時造成各層套管環空壓力隨著流體溫度升高而不斷增加，當壓力上升到套管抗壓或抗擠強度極限時，就會導致套管損壞，或者會因套管軸向壓力增大而上頂井口，給深水油氣開發帶來巨大損失。該文通過對常用環空壓力管理技術措施進行分析，并結合尼日利亞OML130區塊A油田環空壓力管理的實際方法，對深水環空壓力管理技術進行研究。

1 常用環空壓力管理技術措施

目前常用套管環空壓力管理技術措施有以下幾種。

提高管材鋼級和壁厚：通過提高管材鋼級和壁厚使各層套管具有足夠的抗內壓和外擠的能力，從而克服由于生產初期溫度上升而導致的壓力上升帶來的危害。該方法在一定條件下是解決此類問題的最好辦法，但大多情況，往往需要遠大于API標準規定的鋼級和壁厚的管材，受管材加工工藝和施工工藝的限制，基本很難實現。

采用恰當的固井方式：如果條件允許，可以采用全封固井方式解決該問題（確保有很好的固井質量），但由于深水水下井口特點限制，容易產生多余水泥漿堵塞井口頭的風險，從而造成井口環空密封失效，不具備操作性。此外，深水淺部固井漏失風險非常大，如果地層存在漏失，即使附加量足夠也可能由于地層漏失而造成上部環空無水泥漿無法全封固井的結果。此外，可將固井水泥漿返至上層套管鞋以下，該種方法在固井過程中，控制水泥漿返高低于上層套管鞋，熱傳遞發生時，環空流體可以通過上層套管鞋流入地層中，此方法在條件允許情況下可行，但也需要承受較大的風險，如尼日利亞AKPO油田在20”表層套管以下有油氣層，使用該方法風險極高。

采用尾管井身結構：采用尾管井身結構可以通過下入尾管很好的解決了其中相應套管環空壓力上升問題，但受套管強度及井身結構限制，不可能每層環空之間都以下入尾管的方式規避，所以該種方法只能在特殊條件下解決某個環空壓力上升的問題。

可壓縮泡沫技術：可壓縮泡沫技術是通過特殊的可壓縮合成泡沫包裹在需要克服壓力上升而采取措施的管材上，當密閉的空間內壓力上升到一定數值時，合成泡沫開始變形，增加環空空間從而吸收壓力的方法。

注入可壓縮氣墊：通過在密閉環空空間注入惰性氣體，如氮氣，原理與可壓縮合成泡沫技術原理相同，都是通過增加密閉環空的空間而達到吸納多余壓力的目的。注入可壓縮氣墊是較為理想的解決生產初期壓力上升的技術方案，但實際操作難度非常大，如何注入氮氣是其最關鍵的部分，勢必會因為大大增加作業周期而產生高昂的作業費用。

在套管上安裝壓力釋放裝置：該種方法是通過在套管上按照一個破裂盤，當內壓或者外壓達到套管破裂或者擠壓變形前，破裂盤爆破從而釋放密閉空間的壓力。該種方法可以避免壓力上升而損壞套管。在套管上安裝壓力釋放裝置也有一定的局限性，由于要確保井的完整性，該方法只能用在靠外層的管材上，同時對破裂盤技術參數要求非常高。

2 尼日利亞A油田環空壓力管理辦法

尼日利亞A油田發現于2000年，是在OML130區塊鉆獲的世界級重大深水發現之一。該油田距尼日利亞海岸線200 km，所處海域水深在1200 m至1400 m之間。油田的開發方案主要包括44口井，其中有22口生產井，20口注水井和2口注氣井。AKPO油田地溫梯度大約是墨西哥灣地溫梯度的兩倍，所以該區域油田開發過程中環空壓力增加的問題更為突出。

由于深水開發成本非常高，往往一口井鉆井費用就達幾千萬美金，采用的任何技術都要確保安全可靠，為了達到此目的，該油田采用了多種環空壓力管理辦法：

尾管固井技術，AKPO油田所有井在生產初期都存在多個套管環空憋壓問題。為此，作業者優化了井身結構，將27.31 cm套管優化成尾管，同樣可以滿足套管校核要求，這樣減少了一層環空壓力管理

問題。

套管破裂盤技術，該技術主要是在存在擠壓變形風險的35.56 cm套管的外層50.80 cm套管上安裝套管破裂盤，套管破裂盤安裝在外層套管上，用于保護內層套管，其原理為當環空壓力大于一定值時，滑行塊下行致使破裂片破裂，使內環空壓力釋放至外環空，從而保護內層套管不受損壞。

可壓縮泡沫技術，將可壓縮泡沫安裝在14”套管外壁并固定與套管一起下入井中，當密閉空間壓力上升時泡沫開始壓縮從而釋放空間，到達降低環空壓力的目的。

AKPO油田目前已經投產近2年時間，所有井情況良好，未發生套管破裂事故。

3 結語

針對深水鉆井環空壓力管理難題，目前研究出了多種環空管理技術，其中尾管固井技術、套管破裂盤技術和可壓縮合成泡沫技術在尼日利亞ML130區塊A油田深水井中得到了應用，獲得了良好的應用效果和經濟效益。

深水油氣田生產作業中，為有效解決套管環空壓力問題，往往組合應用多種環空管理技術。為更好滿足生產需求，還需進一步開展井口防壓裝置的研制等工作。

參考文獻

[1]高寶奎.高溫引起的套管附加載荷實用計算模型[J].石油鉆采工藝，2012，24（1）：8-10.