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井筒完整性如何走:五大趨勢改變未來(上)

井筒完整性如何走:五大趨勢改變未來(上)

井筒完整性(WI)貫穿于一口油氣井的整個生命周期,從初始建井到生產,再到停產并棄井。本文將重點介紹生產作業過程中的WI問題,及管理WI方面的五個主要趨勢。

作者 | Don Dressler等
編譯 | 白小明

井筒完整性必須涵蓋一口井的整個生命周期。本文將重點介紹生產作業中的WI問題,及管理WI方面的五個主要趨勢。作者認為,這些趨勢將是改變油氣行業未來發展方向的重要因素。本文以整體視角,分析了工作流程(或業務流程)、工具(IT系統)以及數據和信息等方面的內容。下圖中重點標出的生產作業階段正是本文討論的范疇。

井筒完整性如何走:五大趨勢改變未來
大眾對管理WI的關注度持續增加,源于整個行業、監管機構和公眾對井筒完整性失效的潛在風險和不良后果的意識在不斷提高。近期,南加利福尼亞州Aliso峽谷地下儲氣設施注氣井出現故障,便是井筒完整性問題造成災難性后果的典型案例。在該事件中,套管故障導致
大量天然氣泄漏到大氣中,持續超過三個月,政府臨時轉移了當地一萬多當地居民。就環境溫室氣體排放造成的影響而言,這是美國歷史上最大的一次天然氣泄漏事件。

職責劃分

想要成功解決井筒完整性問題,企業必須明確各部門在管理WI過程中的職責。然而,在一口井的整個生命周期內,由于多種作業活動和各種管理制度互相交叉影響,明確劃分WI管理職責變得非常復雜。

在油氣井生產作業階段,根據井的狀態和特定的作業內容,管理WI的責任在井筒部門和生產作業部門之間會不斷轉換。日常油氣井WI問題的監測通常是生產作業部門的職責,前線作業人員負責直接可以觀察到的問題(如異常壓力、溫度或泄漏),生產/石油工程師(PE)負責長期監控油氣井生產趨勢或生產狀態。PE還通常扮演不同井筒部門之間聯絡官的角色,以便各部門之間的溝通,并同時從井下和地面兩個角度,共同分析判斷井筒問題。完成此項工作的一個難題是PE要扮演雙重角色,要在長期和短期生產目標之間尋求利益沖突的平衡,并進行油氣井的維護。

采用井眼壓力隔離思想

油氣井設計、建井和生產各階段,詳細規定并采用了將生產或注入流體與環境隔離的設備和材料(例如套管、水泥、采油樹和井口閥),形成了一個油氣井壓力隔離系統。采用井眼壓力隔離思想作為貫穿油氣井設計、建井和生產各階段的指導原則,可以確保系統地管理WI問題。這種油氣井壓力隔離的概念,首次在1986年被詳細闡述,是一種簡單而強大的方法,可以用于可視化描述和表達各獨立組件如何組合成一個油氣井壓力隔離的有機整體系統。

井筒完整性如何走:五大趨勢改變未來

因此,井眼壓力隔離思想的本質,是從系統的角度來管理WI,而不是逐個組件零散地解決問題。為了可視化并進一步強化這一概念。

井眼壓力隔離系統圖類似于管道儀表圖(P&ID),能夠提供一個生產設施壓力隔離(例如管道和容器)的簡化圖。目前,很多油氣公司正在為單井或者按類型(當油氣井數量較多時有必要進行劃分)劃分的井群創建并維護井眼壓力隔離系統圖。然而,并不是所有的公司都在這么做,一些公司對花費大量精力開發并維護這種系統圖的工作價值持質疑態度。但是,與所有其他新方法一樣,隨著時間的推移,井眼壓力隔離系統圖的相對優勢會變得愈發清晰。

除了定義井眼壓力隔離范圍外,確定井眼壓力隔離系統的設計,以及操作壓力極限和狀態也同樣重要。通常,需要確定最大允許環空表面壓力(MAASP)以及操作壓力下限(MOASP),提供一些誤差余量,并設定一個進行井況檢查的壓力水平,達到此值就要檢查井況以確定是否需要采取措施,例如關井。

井眼壓力隔離系統的狀態通常被定義為完整、受損或失效。要為第一、第二道隔離體系定義井眼狀態,因為一道體系受損或失效,會增加另一道體系出現故障的潛在風險,造成整體壓力隔離系統的故障。

當檢測到井筒完整性問題或出現意外事件,需要檢查并診斷該井筒完整性“異?!眴栴},然后確定并執行可能的補救措施。這種用于異常管理的案例管理式方法,是一種強有力的方法,可以連續監測,有效響應WI威脅。

井筒完整性如何走:五大趨勢改變未來

隨著時間的推移,可以使用井眼壓力隔離系統損壞和出現故障后積累的分析數據,提前識別發生異常的根本原因,形成減小異常發生的標準化操作步驟,從而提高可靠性。還可以形成報告,向主要的利益相關者清楚地傳達井眼壓力隔離系統狀態、異常管理的有效性及其他績效管理指標?;谶@些信息,相關部門可以采取措施來改善整體性能。上圖通過采用井眼壓力隔離系統的思想,描述了上述工作流程。

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