鉆井井筒屏障技術初探及在南中國海深水井的應用

張玉山　趙維青　張星星

摘 要：石油鉆井是高風險行業，世界范圍內由于井筒的完整性問題，導致嚴重的財產和人員損失的事件時有發生。最近幾年，國內的深水領域的鉆井活動開始，深水鉆井的安全性給鉆井技術和管理提出了更高的要求，井筒完整性技術給高風險的深水作業提供了技術和管理手段。目前國內深水井筒完整性技術剛剛起步，參考井筒完整性技術標準，結合南海一口實鉆深水井，完成屏障圖，給待鉆井的準備和實鉆提供一條技術管理思路。

關鍵詞：深水井 井筒屏障 屏障識別與建立 屏障圖

中圖分類號：TE58 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0069-02

海洋鉆井是一個高風險行業，近年來頻繁出現重大的油氣井事故，大部分事故調查報告指向了井筒的完整性的缺陷，深水鉆井逐步在國內興起，作業量也在穩步增加，但隨著海洋鉆井進入深水，風險也大大地增大，除了環境因素外，水深的增加，也給深水井井筒完整性帶來了巨大的挑戰，對深水井井筒相關技術和設施穩定性的要求更加嚴格。

1 井筒屏障的發展

早在1977年BP公司就開始了有關井筒完整性的研究，最早發布井筒完整性標準的是挪威石油標準化組織（NORSOK），1993年該組織發布了第一版；1998年該組織發布了第二版；2004年8月發布了第三版；2004年11月，Statoil北海SNORRE A P31A井在注完水泥塞起鉆準備側鉆時發生井涌，幸運的是最終安全處理了，未造成人員的傷亡；該事故引起了行業的大量關注，第三部井筒完整性標準才陸續得到重視和應用。

深水地平線事故后，該組織于2013年再次更新至第四版。此外，挪威油氣、OGP以及英國油氣等組織也制定了自己的井筒完整性標準。

2 屏障識別

2.1 屏障識別原則

屏障是阻止油氣從油藏流動到地面的物理或者機械部件，其識別的原理是：油氣從油藏到達地面的所有可能的通道需要有屏障來阻止它，通常要求至少有兩道屏障來確保安全，雙屏障原則的主要思想是我們可以允許一個屏障組件失效后，仍然能阻止油氣釋放到環境中。

2.2 屏障識別與建立

鉆井過程中不同的階段需建立不同的井屏障圖，鉆井過程中屏障圖有：表層鉆井、有隔水管鉆井（鉆進、起下鉆、電測、下套管）、棄井；每一階段屏障圖中由于鉆井階段屏障較多，下面以南中國海一口實鉆井作為案例，分析有隔水管目的層段鉆進的屏障建立。

案例井基本數據：水深600 m，井深2 300 m，鉆井液密度1 174 kg/m3，使用半潛式鉆井平臺承鉆，采用水下井口和水下防噴器，該井井身結構：762 mm導套+339 mm套管+311 mm裸眼，見圖2。

有隔水管目的層段鉆進如下所述。

（1）主要屏障。

鉆井液是平衡地層壓力的最重要的因素，在前期鉆井液設計階段，按照標準制定鉆井液性能參數；井實施過程中，保持鉆井液性能與設計一致，并按照企業標準監控鉆井液，確保主要屏障有效。

（2）次要屏障。

地層：技術套管鞋處地層強度是保證正常鉆進過程中鉆井液密度窗口的重要因素，同時也是在發生井控時確定最大關井套壓的基礎，地層破裂實驗需遵循企業標準，最大程度上得到精確地層強度。

套管：套管設計是一口井核心，由于套管設計選取的工況不同的石油公司存在差異，材質選擇和安全系數也有不同，所以井的設計者不需按照該公司的標準進行套管設計。

水泥：根據待鉆井情況，設計水泥漿性能參數，同時進行實驗室實驗，密切關注在施工過程，必要時進行固井質量評價，把控設計、施工、結果評價3階段，確保屏障可靠。

防噴器：水下防噴器配置、功能實驗、試壓要求必須遵循企業標準。

3 結語

（1）井筒屏障是技術和管理綜合的安全理念，是貫穿石油公司技術體系的一條線，國際上該項技術已經發展幾十年，體系已成熟，各個大石油公司形成了各自的體系，最近幾年國內石油公司也在陸續關注到，并嘗試著借鑒和引進，但都還沒有形成一套成熟的井筒屏障體系，給生產過程中采用該項技術帶來不少困擾。

（2）深水鉆完井作業風險大幅增加，筆者在南中國海一口深水井井控設計中引進屏障概念，取得不錯的效果，為參與生產者提供了直觀的保障井筒安全的依據，作為保障井筒安全的屏障技術是很好的技術和管理的手段，加快屏障技術的引進和消化勢在必行。

（3）相對于后期生產，井筒屏障在鉆井階段較為簡單，一口井的全生命周期中，生產過程中屏障出現故障的頻率大大增加；深水井后期的修井成本很高，所以國內深水井大開發必須在前期做好完整性的問題，因此目前屏障技術要盡快儲備；另外國內陸地和淺水老油田也急需技術的支持，保證降低修井頻率和穩產的目的。

參考文獻

[1] Standards Norway.NORSOK Standard D-010 REV3 [S].Lysaker，2013.

[2] National Research Council.Macondo Well Deepwater Horizon Blowout：Lessons for offshore Drilling safety[M].Washington：The National Academies Press，2012.

[3] Brattbaks M.Investigation of gas blowout on Snorre A[Z].Well 34/7-P31A，2004-11-28.

[4] Anders J，Mofley B.Implementation of Well Barrier Schematic Workflows[J].SPE，2015，173433.

[5] Vigness B， Aadnoy B S.Well Integrity Issues Offshore Norway[J].SPE，2010，112535.

[6] 鄭有成，張果，游曉波，等.油氣井完整性與完整性管理[J].鉆采工藝，2008，31（5）：6-9，164.