灘海油井永久棄井作業技術與安全風險控制

(大港油田灘海開發公司，天津 300280)

前言

我國海洋石油工業起步于20世紀50年代，從我國渤海打下第一口井到現在，隨著油氣的不斷開采，有些老齡油氣井幾近枯竭，失去了繼續生產的價值。廢棄油氣井可能因附近打井作業或地表下油氣層變化而重新產生壓力，這意味著，如果未予有效封堵，這些廢棄油氣井可能在海底泄漏，給海上安全帶來嚴重的威脅。

美聯社2011年4月20日援引一份政府文件報道，墨西哥灣水下2.7萬個廢棄油氣井以混凝土“封口”后缺乏定期查驗；另外3200個油氣井悄然遭棄用，未以混凝土封堵，漏油風險巨大，墨西哥灣成“生態雷區”[1]。在我國北方灘海海域，廢棄的油氣井安全隱患更高。冬季，灘海海域形成大量海冰，會對該海域油氣井造成不同程度的破壞，造成安全隱患。另外，灘海海域水深較淺，廢棄油氣井嚴重威脅漁船作業的安全。

根據國家法規的要求，為了合理安排油藏開發，保證油田生產合理、高效進行，封隔油、氣、水層，防止層間串流，保護臨井的開發生產和保護環境，防止油氣泄露污染為，需要對廢棄油氣井采取有效的封堵措施，即永久棄井作業。

本文通過對大港油田某油井的永久棄井作業的成功案例的進行分析，為灘海油井永久棄井作業得出一套安全可行的技術方法，并對永久棄井作業工程中的風險進行分析與控制，具有較好的工程借鑒意義。

1 大港油田某井狀況

1.1 基本情況

該井位于埕海2-1井場，井場周邊蝦池，以西200米是村莊。

該井2007年4月18日開鉆，2007年9月9日完鉆，完鉆井深5206米，完鉆層位沙三段。其中沙一段電測解釋油層31.8米/16層，沙二、沙三及東營均未解釋油層。2007年10月2日至11月23日射開沙二段，液面恢復6小時，折日產水105方，試油結論為水層。第二次試油射開沙一下，酸壓后水力泵排液,累出水92.4方，出油1.24方，結論：含油水層。鉆完井數據如下表：

1.2 井口現狀

1.3 井身結構圖

施工前施工后（見圖2）

2 灘海油井永久棄井作業

2.1 灘海油井永久棄井作業

通過對該井井下技術狀況分析，有針對性的進行永久棄井作業方案優化設計及技術論證，在此基礎上順利實施了永久棄井作業施工，形成了針對灘海油井永久棄井的一整套系統作業技術，主要施工步驟包括：

2.1.1 井筒準備

（1）井口安裝壓力表觀察壓力、放壓、用清水循環壓井；

（2）安裝2FZ18-35 防噴器，按標準試壓合格；

（3）下通井規通井后，并下刮削器刮削至4331m，并在4150-4220m 之間反復刮削3 次以上；

（4）下Φ73mm 油管+封隔器+試壓球座，封隔器坐封在4177m。反擠壓井液套管試壓20MPa，10min 壓降≤0.7MPa 為合格。正擠壓井液測地層吸收量，記錄數據；

（5）封隔器解封，投球，油管正試壓20MPa，10min 壓力下降≤0.7MPa 為合格。

2.1.2 封堵施工

（1)下 Φ73mm 油管+喇叭口至4254m；

（2）接好地面管線，地面管線試壓20MPa 不刺不漏為合格；

（3）配制ZCT-08 堵劑；（堵劑具體用量根據地層吸收量大小調整）

（4）開套管閘門，正替淡水1.6m3+堵劑4.0m3+淡水0.3m3+清水11.8m3；

（5）上提油管至4049m 處反洗井至進出口液性一致；

（6）上提油管4 根，安裝采油樹。反擠清水2.3m3，最高壓力為20MPa，壓力達到20MPa 立即關井侯凝；

（7）關井侯凝72 小時；

（8）探灰面及試壓：加壓10-30KN，試探三次無誤，灰面在4170m 以上為合格。灰塞試壓15MPa，10min 壓降≤0.7MPa為合格；

（9）配制密度1.85g/cm3 的G 級水泥漿注灰塞，灰塞位置：3880-3980m；

（10）關井侯凝24 小時；

（11）探灰面：加壓10-30KN,試探三次無誤，灰面在3880m 以上為合格；

（12）灰塞試壓15MPa，10min 壓降≤0.7MPa 為合格。

3 井口處理

（1）配制密度1.85g/cm3 的G 級水泥漿4.0m3在技術套管內注灰塞，灰塞位置2-100m；

表1 鉆完井數據

（2）關井侯凝24 小時；

（3）在泥面以下4m 處割掉各層套管；

（4）打水泥帽：在井口位置注水泥帽對井口進行封閉。

2.2 灘海油井永久棄井作業工藝分析

分析該井井身結構特點，根據法規[2],[3],[4]要求，對于該井永久棄井作業主要是封堵射孔層、封堵尾管頂部和封堵表層套管。

2.2.1 封堵射孔層

該井共有兩段射開層，其中對4337.4m-4347.5m 射孔層已經進行封層處理，灰塞頂部位置4331.56m；目前尚有4220.6m-4243.0m（6-9 號層）處于裸露狀態。將對該層進行擠堵劑封堵，留灰面位置在4170m 以上，探灰塞及試壓，滿足法規關于射孔層全封的處理要求。

2.2.2 封堵尾管頂部

尾管懸掛器位置為3930m，在3880-3980m 注灰塞，并進行探塞及試壓，滿足法規對于已下尾管的，在尾管頂部上下30米的井段各打至少30 米水泥塞的要求。

2.2.3 封堵表套

該井在2-100m 打井口灰塞，關井候凝24 小時，在地面以下2m 處割掉各層套管，在井口位置注水泥帽對井口進行封閉，能夠達到法規關于表層套管內水泥塞長度至少有45 米，且水泥塞頂面位于海底泥面下4 米至30 米之間的要求。

3 灘海油井永久棄井作業安全風險控制

3.1 灘海油井永久棄井作業風險源

通過對已有棄井作業程序分析，可以得出如下作業危險源：井噴、井涌、火災及爆炸、人員傷害、H2S 中毒、機械傷害、管線破裂、設備損壞、觸電、起吊事故、交互作業、環境污染等。其中主要風險為井噴，火災爆炸、H2S 中毒及環境污染風險。

3.2 灘海油井永久棄井作業風險控制

3.2.1 井噴

在整個棄井作業過程中，潛在井噴、井內物質泄漏的風險，因此，在作業過程中一定不能麻痹大意，時刻保持井控的風險意識。通過分析該井井史資料，該井在永久棄井過程中，可能造成潛在井噴風險的原因為：①資料不齊，井內情況不掌握，造成井涌、井噴；②洗、壓井不合理，造成井內壓力不平衡；③起鉆時發生井涌；④出現井噴井涌，發現不及時，井控設備失靈；⑤人員隊伍不熟練，井涌井噴處理不當。

針對以上可能造成井噴的風險，提出以下控制措施：①加強資料收集，作業前取全取準資料；②使用合理壓井液進行洗、壓井；③起鉆時控制速度，防止抽吸，并補足壓井液；④執行干部24 小時值班制度，專人做崗觀察，避免發現不及時，并在作業前檢查井控設備（特別是防噴器）好使好用；⑤加強人員培訓，按制度進行井控演習，加強熟練程度。

3.2.2 火災爆炸

永久棄井過程中發生火災爆炸的主要是由可能的油氣泄漏引起的。

針對火災爆炸風險，主要從棄井作業現場管理措施入手進行控制：①按照施工程序施工，施工前進行技術交底，加強施工作業者的安全意識；②井場嚴禁動明火，除必要的設備工作外，其它設備、車輛一律熄火；③禁止吸煙；④井上施工人員一律穿戴好勞保用品；⑤現場備好消防器材，規定專人負責，組織好消防隊伍。

3.2.3 H2S中毒風險

根據該井井史資料，該井在2007年12月對井段4220.58m-4242.98m 進行酸化作業，在2010年1月又對該井段進行壓裂作業，井內可能產生次生H2S，在永久棄井作業中要采取防H2S措施，防止次生H2S傷害。

3.2.4 環境污染

環境污染主要石油施工現場廢棄物管理不善引起的，為了削減、處理、再利用由于棄井作業所產生的固體或液體廢棄物，把對環境的影響盡可能降低到最低程度，棄井作業前應制定棄井作業過程中產生的廢棄物的處置和管理規定。

主要措施如下：①施工垃圾和施工廢棄料等由產生單位集中堆放，施工結束后在環衛部門指定的地點傾倒；②按規定分類存放廢棄物，必要時做出標識，禁止混合、收集貯存性質不相容而未經安全性處置的危險廢棄物，危險廢棄物應由具備資質的供方進行集中處置。③施工及生活廢污水的排放，應嚴格執行國家和地方關于污水綜合排放標準的要求。

4 結論

4.1 灘海油井永久棄井作業施工步驟主要包括：井筒準備，封堵施工和井口處理作業。

4.2 對于灘海油井永久棄井應采取保證射孔層擠水泥全封處理；尾管頂部上下30米的井段各打至少30米水泥塞；在泥面以下一定深度切割套管、清除井口裝置，從而滿足海洋石油作業關于永久性棄井的相關要求。

4.3 通過分析，灘海油井永久棄井作業風險主要有井噴、井涌、火災及爆炸、人員傷害、H2S中毒、機械傷害、管線破裂、設備損壞、觸電、起吊事故、交互作業、環境污染等。其中主要風險為井噴，火災爆炸、H2S中毒及環境污染風險，本文根據這四種主要風險提出了針對施工現場管理和設備管理的具體控制措施。

[1]劉一楠.3200 個廢棄油井威脅墨西哥灣環境[N].新聞晨報，2011-4-22.

[2]國家安全生產監督管理總局第25 號令，海洋石油安全管理細則[S].

[3]SY/T 6845-2011.海洋棄井作業規范[S].

[4]AQ 2012-2007.石油天然氣安全規程[S].