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井筒完整性如何走:五大趋势改变未来(上)

井筒完整性如何走:五大趋势改变未来(上)

井筒完整性(WI)贯穿于一口油气井的整个生命周期,从初始建井到生产,再到停产并弃井。本文将重点介绍生产作业过程中的WI问题,及管理WI方面的五个主要趋势。

作者 | Don Dressler等
编译 | 白小明

井筒完整性必须涵盖一口井的整个生命周期。本文将重点介绍生产作业中的WI问题,及管理WI方面的五个主要趋势。作者认为,这些趋势将是改变油气行业未来发展方向的重要因素。本文以整体视角,分析了工作流程(或业务流程)、工具(IT系统)以及数据和信息等方面的内容。下图中重点标出的生产作业阶段正是本文讨论的范畴。

井筒完整性如何走:五大趋势改变未来
大众对管理WI的关注度持续增加,源于整个行业、监管机构和公众对井筒完整性失效的潜在风险和不良后果的意识在不断提高。近期,南加利福尼亚州Aliso峡谷地下储气设施注气井出现故障,便是井筒完整性问题造成灾难性后果的典型案例。在该事件中,套管故障导致
大量天然气泄漏到大气中,持续超过三个月,政府临时转移了当地一万多当地居民。就环境温室气体排放造成的影响而言,这是美国历史上最大的一次天然气泄漏事件。

职责划分

想要成功解决井筒完整性问题,企业必须明确各部门在管理WI过程中的职责。然而,在一口井的整个生命周期内,由于多种作业活动和各种管理制度互相交叉影响,明确划分WI管理职责变得非常复杂。

在油气井生产作业阶段,根据井的状态和特定的作业内容,管理WI的责任在井筒部门和生产作业部门之间会不断转换。日常油气井WI问题的监测通常是生产作业部门的职责,前线作业人员负责直接可以观察到的问题(如异常压力、温度或泄漏),生产/石油工程师(PE)负责长期监控油气井生产趋势或生产状态。PE还通常扮演不同井筒部门之间联络官的角色,以便各部门之间的沟通,并同时从井下和地面两个角度,共同分析判断井筒问题。完成此项工作的一个难题是PE要扮演双重角色,要在长期和短期生产目标之间寻求利益冲突的平衡,并进行油气井的维护。

采用井眼压力隔离思想

油气井设计、建井和生产各阶段,详细规定并采用了将生产或注入流体与环境隔离的设备和材料(例如套管、水泥、采油树和井口阀),形成了一个油气井压力隔离系统。采用井眼压力隔离思想作为贯穿油气井设计、建井和生产各阶段的指导原则,可以确保系统地管理WI问题。这种油气井压力隔离的概念,首次在1986年被详细阐述,是一种简单而强大的方法,可以用于可视化描述和表达各独立组件如何组合成一个油气井压力隔离的有机整体系统。

井筒完整性如何走:五大趋势改变未来

因此,井眼压力隔离思想的本质,是从系统的角度来管理WI,而不是逐个组件零散地解决问题。为了可视化并进一步强化这一概念。

井眼压力隔离系统图类似于管道仪表图(P&ID),能够提供一个生产设施压力隔离(例如管道和容器)的简化图。目前,很多油气公司正在为单井或者按类型(当油气井数量较多时有必要进行划分)划分的井群创建并维护井眼压力隔离系统图。然而,并不是所有的公司都在这么做,一些公司对花费大量精力开发并维护这种系统图的工作价值持质疑态度。但是,与所有其他新方法一样,随着时间的推移,井眼压力隔离系统图的相对优势会变得愈发清晰。

除了定义井眼压力隔离范围外,确定井眼压力隔离系统的设计,以及操作压力极限和状态也同样重要。通常,需要确定最大允许环空表面压力(MAASP)以及操作压力下限(MOASP),提供一些误差余量,并设定一个进行井况检查的压力水平,达到此值就要检查井况以确定是否需要采取措施,例如关井。

井眼压力隔离系统的状态通常被定义为完整、受损或失效。要为第一、第二道隔离体系定义井眼状态,因为一道体系受损或失效,会增加另一道体系出现故障的潜在风险,造成整体压力隔离系统的故障。

当检测到井筒完整性问题或出现意外事件,需要检查并诊断该井筒完整性“异常”问题,然后确定并执行可能的补救措施。这种用于异常管理的案例管理式方法,是一种强有力的方法,可以连续监测,有效响应WI威胁。

井筒完整性如何走:五大趋势改变未来

随着时间的推移,可以使用井眼压力隔离系统损坏和出现故障后积累的分析数据,提前识别发生异常的根本原因,形成减小异常发生的标准化操作步骤,从而提高可靠性。还可以形成报告,向主要的利益相关者清楚地传达井眼压力隔离系统状态、异常管理的有效性及其他绩效管理指标。基于这些信息,相关部门可以采取措施来改善整体性能。上图通过采用井眼压力隔离系统的思想,描述了上述工作流程。

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