井筒屏障完整性及其优化设计——以CO_2吞吐井为例

随着我国各大油田进入开发中后期,老井"二次采油"甚至"三次采油"所引发的井筒完整性问题频发。现场老井完整性建设不足,增产措施带来的苛刻工况造成井筒管柱腐蚀严重,威胁管柱服役寿命以及井筒完整性,给油田造成极大的经济损失的同时也给油气田安全运行带来隐患。为此,结合我国油气田开发现状,分析了现有井筒完整性标准的不足和重点研究方向。介绍了腐蚀完整性管理概念,并在此基础上,以CO_2吞吐井为例提出了基于井筒腐蚀风险与载荷风险双重作用的井筒屏障优化方法,确定了吞吐井的失效敏感区域和服役寿命。结果显示:实例井极限吞吐轮次为7轮;油管失效敏感区域为800～1 500 m,套管失效敏感区域为1 700～2 000 m,建议在失效敏感区域进行重点防护。该研究为各油田依据自身实际情况,本着"全局把控,重点防护,经济有效"的思想开展井筒屏障设计,延长老井免修期,建立科学性、适用性、效益性的完整性管理体系具有重要意义。     

注水井井筒完整性设计方法

注水井服役工况复杂,管柱腐蚀、疲劳断裂、密封失效等情况时有发生,给井筒完整性管理带来巨大挑战。现行的井筒完整性标准并未对生产井与注水井严格区分,注水井的井筒屏障划分方法尚有诸多缺陷。参考挪威NORSOK D-010标准,结合注水开发现状分析了注水井井筒工作状态的特殊性,探讨了井筒屏障失效原因,明确了应重点关注的井屏障部件。建立了注水井的井筒屏障系统,将井下安全阀从第一级屏障划出,将井口至井下安全阀之间的油管柱及部件、采油树二号主阀纳入第一级屏障范畴。讨论了关键部件的验收标准,从井屏障设置、腐蚀控制、寿命预测、作业参数控制及井资料记录五个方面探讨了注水井井筒完整性设计内容。最终形成了注水井井筒完整性设计流程,对各油田维持注水开发的安全稳定、经济高效具有重要指导意义。     

水驱老井转CCUS注入井风险评价方法

针对大庆敖南油田碳捕获、利用与封存(CCUS)试验区水驱老井转CO₂注入井井筒密封性失效风险高的问题,开展了井筒完整性评价研究。通过试验区老井井况分析,确定了井筒完整性评价技术体系,采用层次分析法确定指标权重。针对以往完整性评价过程对于单一指标评价依靠专家经验法的不足,创新采用数值模拟分析方法,给出了套管及水泥环等单因素风险评价指标确定原则,采用模糊综合评价方法建立了水驱老井转CO₂注入井风险量化分级方法。结果表明:试验区361口注水井中等风险以上井占比41%,需要立即治理或报废处理;对低风险井进一步查套分析,加强监控。建议在国内各大CCUS试验区推广应用注入井风险评价方法及管理理念,为水驱老井的安全运行提供保障。     

海上油田井口套管渗漏的隐患治理

针对海上油田老井井口套管出现腐蚀渗漏，导致存在严重安全环保隐患的情况，采用回接套管配合MSPT堵剂固井，井口采用定制工装、树脂封堵剂封堵的配套措施进行治理，恢复此类井的井筒完整性，重新构建井屏障，保证后续的继续使用。     

高温含CO2气井的井筒完整性设计

高温含CO₂气井（特别是海洋及深水油气井）的井筒完整性备受关注,因它涉及太多的具体技术、材料和工具及装备。为此,在深入研究挪威石油工业协会和美国石油学会最新发布的井筒完整性技术标准的基础上,结合已经取得的经验和大量的实验评价成果,重点对投产期的井筒完整性设计框架进行了研究。提出了井筒完整性设计理念,推荐了井筒腐蚀完整性管理方法及技术流程,给出了井筒安全屏障系统划分方法,从实体屏障、水力屏障、操作屏障3个方面讨论了井筒安全屏障分类和功能,以及油管柱设计及完整性管理。同时,给出了固井水泥屏障设计要求及方法,强化了井筒水力屏障对井筒完整性的作用,重点阐述了井筒的腐蚀完整性评价和管理的“适用性”理念和方法。针对海洋气井,还提出了适合的油套环空保护液,将环空保护液和水泥面之上滞留流体按水力屏障对待。     

文23储气库封堵井完整性保障技术

文23储气库属于枯竭砂岩气藏型储气库,建设前需要对无法再利用的老井进行封堵。为确保老井的封堵质量,保障储气库的完整性,引入挪威石油工业协会井筒完整性技术标准的井筒完整性设计理念,识别了文23储气库老井封堵前后的窜漏风险状况,设计了井屏障系统,研发了适用于高温气层的耐高温缓膨气密封封堵体系,制定了确保封堵老井井筒完整性的工艺,形成了以井屏障设计、施工和监控为基础的井筒完整性保障技术。文23储气库老井采用该技术进行封堵,现场施工成功率100％,老井封堵后的井筒完整性良好,经受住多轮次注采交变应力的长期作用。研究和现场应用结果表明,根据井筒完整性设计理念进行井筒完整性设计和施工,可以确保老井封堵后井筒长期的完整性,也可为类似储气库设计提供借鉴。      

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

东方13-1 高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计

东方13-1 气田目的层温度高达141℃,压力系数1.90~1.94 g/cm3,天然气中CO2 含量14.63%~50.04%,属高温高压高含CO2 天然气藏,实际开发中极易造成固井窜槽、油套管强度下降及腐蚀失效,给井筒安全造成隐患。为此设计采用了具有防漏、防窜、防腐蚀、防应变、防温变功能的“5 防”树脂水泥浆体系及油气响应型自修复水泥浆体系,实现全井段水泥封固;并提出了“尾管树脂水泥浆+ 尾管顶部封隔器+ 回接插入密封+ 回接管柱顶部封隔器+ 自修复水泥固井+ 树脂水泥固井”六级屏障设计技术,形成多级屏障的安全系统。现场应用结果表明,东方13-1 气田各生产井?177.8 mm 尾管及回接段固井质量优良, 而且从投产至今,各生产井井口压力监测均未发现有环空带压问题。该套技术可以有效封固高温高压高含CO2 产层,保障从钻完井至后期开发生产整个周期过程中的井筒完整性,降低了环空带压风险。     

迪那2井完整性评价及风险分析

迪那2井是塔里木盆地的一口高压气井,该井试油结束后发现套压异常,经测试证实井筒完整性存在问题。按照油气井完整性管理理念,对该井进行异常情况分析和风险识别,并根据NORSOK井筒完整性指导意见,对本井进行一级屏障、二级屏障的划分及完整性评价,评价结果认为该井一级屏障失效,二级屏障不合格,井筒完整性类别为红色,存在较大安全风险,应采取维修措施或封井。该井的分析评估流程及方法,对同类高压气井的分析评估具有借鉴意义。     

华北油田油气井永久性封井挑战及对策

华北油田勘探历史久远且开发历程复杂,包含直井、定向井、大斜度井等多种井型,井筒完整性问题复杂,永久性封井难度大。为从封井设计源头保证废弃井永久性封井的安全,减少环保风险,以Y油田为例,对华北油田面临的永久性封井难点进行了分析。影响废弃井井筒完整性的关键因素是井屏障,结合Y油田实际情况,详细分析了其永久性封井面临的挑战,包括井筒完整性数据不全、固井质量不合格、已封井井屏障设置不合理、地下淡水层保护问题、地层完整性潜在风险、标准规范合理性问题及封井成本控制等。同时,结合国内外永久性封井经验给出相应技术对策和建议。分析结果为华北油田Y油田及类似油田的永久性封井设计、作业等提供参考。     

底水驱稠油油藏水平井多轮次CO2吞吐配套技术及参数评价——以苏北油田HZ区块为例

针对苏北油田底水驱稠油油藏水平井生产进入特高含水期后,易发生水锥并处于低产低效开发状态的难题,CO_2吞吐是提高低产低效稠油水平井产量的有效措施。为此,选取HZ区块水平井开展了CO_2吞吐试验,进行了CO_2吞吐的合理参数和配套工艺技术研究,并对影响CO_2吞吐效果的因素进行了分析。研究结果表明,影响水平井多轮次CO_2吞吐效果的主要因素包括水平井的选择、注入CO_2量、注气强度、注入速度、注入压力、闷井时间和采油强度等参数,添加CO_2缓蚀剂、不动管柱注入CO_2、使用抽油泵采油是与之相配套的工艺技术。     

CO2吞吐管柱腐蚀分析及防治研究

针对CO₂吞吐井杆管腐蚀严重的问题,对吞吐油井管柱进行了腐蚀产物分析。通过微观形貌分析、能谱分析、金相分析以及X射线衍射分析等手段,确定了吞吐区块油井腐蚀类型为CO₂腐蚀。通过腐蚀规律研究,提出了以液体缓蚀剂、固体缓蚀剂等化学防腐保护技术为主,加深尾管保护技术、牺牲阳极保护技术、油管涂层保护技术为辅的综合腐蚀防治技术思路,并通过实验确定了合理的加药量与加药方法。综合腐蚀防治技术在69口井中开展现场试验,对吞吐井杆管取得了较好的保护效果,油井免修期由260天延长到400天,验证了综合腐蚀防治技术的有效性。     

中原文留油田CO_2吞吐现场评价

综合分析了中原文留油田CO2吞吐中油藏变量及操作变量对CO2吞吐效果的影响,总结了一套较为完善的CO2吞吐工艺技术,从工艺上解决了吞吐后油井出砂、气大等问题。     

常规亲水稠油油藏注水吞吐开发的研究与实践

在油田开发中,稠油油藏在储量和产量上均占有重要地位,采用常规技术手段开发稠油油藏难度大、驱替效果差。本文根据亲水介质水驱油机理和室内注水吞吐试验的结果,提出了改善这类油藏开发效果的新方法——注水吞吐采油开发。该方法利用亲水孔隙介质常规稠油油藏水驱油机理,将井底蹩压的注水井直接转采,经过一段时间的生产后再次将其转注,经过几轮的反复吞吐和油水置换后,可将注入水向油层纵深推进,直到实现正常的水驱开发。根据这一理论,在自来屯油田自19-14断块进行了整体试验,参加实验的7口井均获得成功,表明对亲水的常规稠油油藏采用吞吐开发是可行的。笔者认为这种方法可适用于亲水孔隙介质的常规稠油油藏,也可以适用于油层连通性差以及低渗透的油藏开发。     

复杂断块油藏CO2吞吐试验及效果分析

1989- 2001年间,中石化新星公司华东石油局在苏北溱潼凹陷复杂断块油藏开展了9井次CO2吞吐试验。介绍了高渗高含水、低渗透低产和稠油等3类油藏CO2吞吐的效果及其主要影响因素。高渗高含水油藏CO2吞吐后,能够降低含水率,增油控水效果显著,但需解决好腐蚀问题;低渗透低产油藏CO2吞吐后,可以提高油井产量,但需解决好二次污染问题;稠油油藏CO2吞吐后,可以提高原油产量,但需解决井筒原油脱气,防止井筒堵塞。试验结果表明,该项技术具有适用范围广、投资少、规模小和见效快等特点。在CO2资源充足的地区,适于推广CO2吞吐技术。     

稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术

为进一步提高稠油蒸汽吞吐井的防砂有效期,从防砂工具、充填材料及充填工艺等方面对长效防砂技术进行了研究。根据充填口重复开关的思路设计了充填工具,并对其密封件的材料进行了优选,研制了长效防砂工具;利用多层覆膜方法研发了耐高温高强度覆膜支撑剂;采用多段塞充填工艺进行施工,形成了稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术。长效防砂工具密封件4轮次吞吐试验后,其压缩永久变形率小于55%、抗拉强度8.9 MPa、拉断伸长率102%,能满足蒸汽吞吐井防砂要求;耐高温高强度覆膜支撑剂耐温300 ℃,4轮次吞吐试验后固结强度7.1 MPa、渗透率96 D,完全满足蒸汽吞吐井防砂生产要求;多段塞充填工艺降低了防砂成本及后期处理难度。稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术在胜利油田11口井进行了现场应用,平均防砂有效期长达930 d,满足了蒸汽吞吐井对防砂的要求。      

超稠油油藏HDCS开采技术优化

针对胜利油田广9区块超稠油油藏HDCS开采过程中存在的问题,通过油藏数值模拟分析了HDCS的降黏作用机理,优化了HDCS吞吐各周期降黏剂、CO_2与蒸汽的注入量,提出HDCS吞吐后期开采方式应转为HNS吞吐。研究结果证实:降黏剂、CO_2与蒸汽先后注入地层具有滚动接替、协同降黏作用,降黏剂的作用范围主要集中在近井地带0~2.4 m,CO_2的受效半径大于降黏剂,约为6.4 m,蒸汽的作用范围最大,受效半径约为11.2 m。从经济角度出发,HDCS吞吐4周期时,应停止注入降黏剂,转入HCS开发;吞吐7周期时,停止注入CO_2,转入蒸汽吞吐开发。HDCS吞吐8周期后,近井地带温度逐渐升高,原油黏度大幅度降低,地层能量逐渐衰竭,产油量下降较快。通过优化得出,HDCS吞吐8周期后转HNS吞吐4周期的总产油量最高。     

防窜剂加增效剂改善超稠油蒸汽吞吐后期效果

针对辽河油田超稠油油井蒸汽吞吐轮次高、吞吐效果逐渐变差的特点,提出了利用防窜剂加增效剂体系改善超稠油蒸汽吞吐后期效果的采油工艺技术。现场试验结果表明,注蒸汽添加防窜增效体系的工艺技术能够明显提高蒸汽吞吐井的周期产液量、周期产油量以及油气比。该项技术用于改善超稠油蒸汽吞吐后期效果在技术上和经济上都是可行的。     

复杂断块水平井CO_2吞吐选井评判方法研究

南堡陆地浅层属渤海湾凹陷盆地典型的复杂小断块油田,是国内采用水平井开发油藏的典型代表之一,随着水平井开发的逐步深入,目前大部分水平井处于高含水及特高含水阶段。近两年通过在水平井上开展CO_2吞吐的控水增油措施,取得了显著的增油效果。通过分析已实施井效果,收集现场CO_2吞吐施工评价因素,运用统计学的原理统计出单因素取值变化对吞吐成功的可能性,应用模糊评判方法,建立了适合复杂断块水平井CO_2吞吐选井潜力评价方法,为今后同类型油藏水平井CO_2吞吐选井研究提供了依据,对进一步提高水平井开发效果具有借鉴意义。