油氣井全生命周期完整性管理規范研究

于水杰, 崔衛華, 劉洪彬, 周佰剛, 吳 雙

(1中國石化國際石油勘探開發公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 3中石油渤海鉆探工程有限公司鉆井技術服務分公司)

油氣井完整性管理的概念起源于國外,BP公司早在1977年就開始了油氣井完整性方面的探索[1]。20世紀90年代，挪威石油標準化組織(Norsok)制定發布了井完整性管理標準D-010的最早版本，2004年挪威P-31A井噴事故之后，井完整性被廣泛重視。

Norsok D-010 V3定義了井完整性管理并提出了井屏障的概念。井完整性管理指“在井生命周期內，即從井的設計、施工、生產直至棄置期間，通過應用技術、操作和組織結構的協同作用，減少地層流體在地層之間或地層與地面之間無控制流動的風險”。井屏障是井完整性管理中的一個重要概念，指將井內流體或壓力封閉在井內，防止地層流體在非控制狀態下流入井筒、其他地層或外部環境的系統或裝置。井屏障按照與地層流體接觸的先后順序，分為第一井屏障和第二井屏障。井完整性管理即對井屏障元素的管理，只有具有兩道經過驗證的合格的井屏障時,井完整性才能得以保障[2]。

一、井完整性管理基本要求

油氣井在生命周期的不同階段具有不同的完整性管理要求[3]。

(1)在鉆完井、修井及棄井階段：應依據技術標準進行設計、施工；對井屏障/井屏障元素性能、相關控制系統和生產參數定性分析或量化計算；考慮功能失效模式，并可對其進行修復；在井交接之前，根據鉆完井及修井期間的技術變更和經驗教訓,更新生產制度及完整性參數，如最大允許井口環空壓力和操作壓力，并在井交接文件上標明；對操作和維護保養要求進行詳細說明。

(2)在生產階段，應在規定的生產條件下操作及對井屏障維護、保養及測試，避免出現危害生命安全、環境和資產價值的無法承受的失效風險，并更新單井的完整性狀態。

二、井完整性管理流程

井完整性管理流程的建立及執行應在公司層面承擔起大量的整合協調工作,是井在整個生命周期內完整性的保障，通過井完整性管理模型的建立(圖1)，相關數據/信息在部門之間自由流動[4]，并引入鉆完井、油藏、生產、修井及HSE的多專業頭腦風暴式的風險評估，建立為生產服務的井完整性管理流程，實現完整性與成本的平衡[5-6]。

1. 井屏障元素可接受標準

井屏障元素是組成井屏障的物理部件，與其他井屏障元素一起構成完整的井屏障。井屏障元素可接受標準采用定性或定量的方式描述井屏障元素最低的技術要求，其辨認過程也是井屏障失效模式的辨認過程，是風險分析和井完整性管理的技術基礎[2]。

圖1 井完整性管理模型的建立

井屏障元素可接受標準就井屏障元素的使用、選擇、測試要求、可接受的泄漏標準、維護保養及監測要求等進行詳細說明，在概念設計階段開始制定，并在詳細設計、鉆完井施工及修井過程中更新，作為生產階段井屏障元素監測及維護的技術標準。

2. 井的類型

基于隱患和風險的識別及管理理念[7]，可根據油田特點將井按功能、位置、產量、舉升類型、井身結構等因素進行分類，如按功能，可分為油井、氣井、注水井、注氣井等。不同類型井在相同的失效模式下可能具有不同的維護保養要求及行動代碼。

3. 風險評估

井完整性管理需要全面了解井屏障元素失效所產生的風險。風險評估可運用HSE通用風險評估矩陣評估某井/類型井的不同的井屏障元素失效的可能性和后果的嚴重性，以利于為將最佳效益作為井完整性診斷和消減措施的決策提供信息保障。

風險評估可采用由鉆完井、生產、HSE 、井下作業相關專業參與的多學科結合的頭腦風暴，根據經驗定性分析潛在風險，得到相應的風險等級，并完成風險記錄表,見表1所示，作為井完整性管理模型的參考。

表1 風險記錄表示例

4. 行動代碼

風險等級賦予井失效模式不同的行動代碼，其原則是確保將風險控制在最低合理可行的范圍內。風險越大，處理的優先級越高。行動代碼用于確保井完整性恢復工作的及時進行，同時需要備件的庫存管理和承包商管理作為其執行保障見表2。

5. 井完整性顏色代碼

采用四種顏色來標注井完整性狀態(表3),實現井完整性狀態的可視化[8]。

表3 井完整性顏色代碼

6. 井完整性管理模型

井完整性管理模型綜合了井完整性保障、風險評估、井失效模型、行動及顏色代碼，采用單一矩陣清晰的表述生產過程中的井完整性管理的要求，是井完整性管理的內核和基礎。

井完整性管理模型應是動態的，應對管理過程中的相關績效指標，如預防性保養和糾正性保養的比值、平均失效周期等定期進行技術回顧并更新模型，使其符合實際狀況。

由于篇幅所限，表4僅對每一種組合舉1～2例進行說明，各油田可根據實際狀況，建立個性化管理模型。

表4 井完整性管理模型示例

三、其他

油公司可根據井完整性管理模型采用電子表格或數據庫建立井完整性管理系統，對單井的完整性狀態進行管理，井完整性管理模型是管理系統的內在邏輯，井完整性管理系統是管理模型的外在表現。井完整性管理系統可實現井完整性狀態的可視化管理,對井完整性快速分類、查詢及分析，了解井完整性管理現狀，制定針對性的改進措施。

四、認識與建議

(1)建立從設計、施工、生產、井下作業直至棄井過程中的井全生命周期的完整性管理流程，確保井風險始終處于最低合理可行的范圍內，最大限度的確保井的平穩生產。

(2)井完整性管理流程的建立打破了傳統油公司組織結構中部門的限制，促進了井數據在部門直接有效的流動，促使各部門作為一個整體高效地參與到井完整性管理。

(3)井完整性管理是一項全新的一體化的管理理念，通過井完整性的概念將原有的鉆完井和井下作業的零散數據和技術程序整合為一個整體，實現對井的高效管理。

(4)風險評估的引入，避免了對所有井采取同一的井完整性保障措施，增加不合理的生產成本,實現資金利用效率最大化。