克深气田油套窜通高压气井安全生产的思路及措施

宋晓俊　黄钟新　任亮　王洪松（中国石油塔里木油田分公司）



克深气田油套窜通高压气井安全生产的思路及措施

宋晓俊黄钟新任亮王洪松（中国石油塔里木油田分公司）

摘要：在高压、高温油气井的生产阶段，环空异常持续带压将直接影响到气井和现场作业人员的安全，其中以油套窜通的类型最为严重。针对克深气田12口油套窜通高压气井的生产现状，分析了油套窜通给安全生产带来的突出问题，结合油套窜通高压气井所表现出的环空压力异常现象，根据其产量、油套连通性、关井井口压力及环空最大许可工作压力的关系对这类井进行分类分级管理，提出了安全生产的思路和具体措施，对油气田安全高效开发具有重要的意义，同时也可作为高压环空带压隐患井治理的参考准则。

关键词：油套窜通；高温高压气井；环空持续带压；环空最大许可压力；分级管理；安全生产

引言

随着石油天然气勘探开发工作不断深入，大量油气井在开发过程中相继出现环空带压的现象，高压气井的油管外环空或套管外环空带压引起的问题日益严重，气井环空异常持续带压后会严重影响气井的正常配产，降低采收率，对气田后续开发生产管理造成不利影响[1]。异常环空持续带压气井里面尤其以油套窜通（即生产油管与套管之间窜通）的高压气井的问题最为突出，由于其油套连通性好，A环空（即生产油管与套管之间的环形空间）压力对油压波动灵敏，导致这类井常常面临两难境地：开井生产会增加压力监测与井口放压的成本；关井又害怕套压超过其管柱承受的极限压力，可能导致整口井报废，甚至引发天然气窜漏至地层、泄漏至井口等无法控制的灾难性事故[2]。

然而要彻底解决油套窜通高压气井存在隐患，不管是通过修井修复油套窜通，还是彻底封闭井组，所花费的费用都相当巨大[3]；因此，必须从环保、安全和经济的角度出发，对油套窜通高压气井在生产过程中存在的突出问题进行全面分析。以塔里木油田克深气田为例，通过对其油套窜通高压气井现状和生产过程中存在的突出问题进行全面分析，提出安全生产的思路及措施，以降低修井或者导致井报废的可能性。

1　克深气田油套窜通高压气井的现状

克深气田是中国石油塔里木油田的主力气田之一，该气田气井存在“3高”（高压、高温、高产）的特点，地层压力120 MPa，井口关井压力90 MPa，井口温度最高可达100℃，平均单井气产量50× 104m3/d。单井井口采用液压控制盘控制井下安全阀和井口液动阀门，实现对井口的安全控制；同时，井口安装有2级节流装置，通常采用1级固定油嘴加2级可调油嘴的方式，采气树放喷翼水平设置放喷管线1条，采用1级手动节流阀，控制放喷流量，提升投产前的井口温度。单井生产工艺流程为：单井井口来气经过2级节流后进入采气支线，各采气支线汇入集气干线输往处理厂进行处理，井口流程见图1。采气井口地面控制系统集成了目前国际上最先进的天然气井场控制系统技术，该系统可以实时显示、监测井场各种工艺过程、运行参数，在不正常或危险情况发生时及时报警。

图1　克深气田标准井口流程

克深气田自投产以来，先后有40口气井投入生产，其中有18口气井在投产不久后都出现了不同程度的环空异常起压的现象。根据这些井在钻井阶段、固井阶段时的情况，结合投产后其油套压在环空泄压、开关井、调产等不同状态下的压力时间升降曲线，判断有12口井为油套窜通，占总井数的30%，其窜通的通道可能为以下类型中的1种或者几种组合：生产油管存在漏点或生产油管丝扣处微渗；生产油管挂渗漏；生产套管破损；井下封隔器密封失效；采气树密封件、套管头连接部位出现漏失[4]。

根据API RP90和NORSOK D010标准，通过油管头、生产套管和油管的强度校核以及封隔器工作压差校核，分别计算出环空在生产、放喷、关井状态下最大、最小允许带压值。

在正常生产过程中，根据现场油套环空介质、井温变化等，控制油套窜通高压气井的油套压差既不高于井下工具中实际工作压差的最小值，又不高于油套管抗内压和抗外挤强度中最小值。例如，实施放大井口压差生产，通过降低油压继而降低A环空压力，将A环空压力控制在合理、安全的范围内生产。

2　生产过程中存在的突出问题

油套窜通高压气井要尽量避免发生意外关井，因为油套窜通高压气井的A环空最大允许带压值往往要小于井口关井压力，一旦发生关井的情况，且短时间内无法开井，则A环空压力可能会随着油压升高而升高，直至与油压相等，导致发生套管超压破裂、天然气窜漏至地层的风险。克深气田尽管采用较为先进和安全的工艺、控制系统，但是难以避免会发生一些意外情况导致气井自动关断，例如：

1）生产管线发生冻堵或者1、2级油嘴损坏失去节流作用导致2级节流后的压力超过最大生产压力（SOL），自动关井。

2）由于施工质量缺陷或者后期介质腐蚀，导致管线刺漏、爆管，从而使2级节流后压降速率超过最大允许值，且持续下降；2级节流后压力低于正常工作压力（SOC），自动关井。

3）由于产品质量导致井口采气树仪表、阀门大面积刺漏而关井。

4）人员误操作、ESD误动作、UPS系统故障等导致关井。

克深气田自投产以来，发生过至少10起由于意外情况导致部分油套窜通高压气井紧急关井的事件（表1）。

表1　克深气田油套窜通高压气井意外关井统计

油套窜通高压气井发生意外关井后，使生产单位面临以下突出问题：

1）油套窜通高压气井分布散，距离值班点较远，操作人员短时间内无法及时赶至井口进行应急处理。

2）单井平均应急操作时间长，而生产单位人力资源有限，当几口井同时需要处理时，现场人员无法兼顾，有可能造成井口事故。

3）若意外情况无法在短时间内处理完毕，高压气井无论处于什么状态，都需要操作人员24 h现场监守，使劳动强度增大，无法兼顾其他气井的生产工作。

4）目前放喷点火普遍采用人工点火，部分油套窜通高压气井井流物含液量大，易将火扑灭，造成放喷点火困难，使点火过程中存在安全风险。

5）放喷管线采用1级手动节流控制，易发生冻堵，使操作困难。

3　思路及措施

3.1分类管理

通过对国内高压气井异常环空压力现象、形成机理、处理方法的调研，结合克深气田油套窜通高压气井在生产阶段所表现出的环空压力异常现象，塔里木油田公司对克深气田油套窜通高压气井进行分类分级管理，根据其产量、油套连通性、关井井口压力及环空最大许可工作压力的关系进行分类管理，大致可以分为3类：

1）低风险井。地层能量不足，产量较低（小于10×104m3/d），关井与开井井口压力压差大，即关井压力高于A环空最大允许带压值；开井后井口压力下降迅速，远低于A环空最大允许带压值。

2）中风险井。产量较高（大于10×104m3/d），油套连通性一般（关井后，A环空压力随油压升高缓慢），关井井口压力较低（低于A环空最大允许带压值）。

3）高风险井。产量高（大于10×104m3/d），油套连通性好（关井后，A环空压力随油压升高明显），关井井口压力高（高于A环空最大允许带压值）。

油套窜通高压气井风险级别评价流程见图2。

图2　油套窜通高压气井风险级别评价流程

3.2安全生产思路及措施

针对油套窜通高压气井在生产过程中存在的问题，并从安全、环保、经济的角度出发，避免发生高昂的修井费用，同时减少天然气放空，分别对3类井给出以下思路及措施。

对于第1类井，其开采价值较低，安全风险较大，可以采取半压井关井措施，将一定密度的有机盐挤入油管，在有机盐下部填充油气隔断材料，压井后密切观察油压及各环空压力，等到气田开采后期，地层压力下降；当井口关井压力低于A环空最大允许带压值时，这口井的安全隐患就解除了。该措施优点是压井作业施工简单，花费小[5]。

对于第2类井，有一定的开采价值，由于其关井井口压力一般不会超过A环空最大允许压力，可正常生产，加密监控；当压力有上升趋势时，可采取放大压差生产和环空放压措施，并做好相应的应急预案；当井口发生异常情况，有充足时间到现场进行处理，关井时应立即组织放喷，待处理完异常情况后可继续监控生产[6]。

对于第3类井，由于其关井井口压力超过A环空最大允许压力，风险较高，正常生产时可采取合适的放大压差生产，使井口压力和A环空压力保持在留有安全裕度的范围内；同时，在地面生产装置工艺设计时，可根据具体情况考虑以下措施中的1种：

1）在井口设计2套互为备用的生产系统。其中1套生产系统为常规的集输工艺，由生产管线将介质输送至中央处理厂进行净化处理；另1套生产系统可以是1条相对独立、不受常规生产系统影响的备用集输管线（图3），或者是现场放置1套备用的撬装化CNG压缩回收装置。若常规集输工艺出现意外情况不能使用，可设置自动化系统，以自动或者手动方式接入另1套生产系统，以保证井口处于开井状态，待异常处理完毕后，导入正常流程。

基于天然先导化合物的结构优化是创制新农药的重要途径［1］。以天然杀菌活性成分大蒜素为先导化合物，中国开发出了农用杀菌剂乙酸素［2］；以高等真菌代谢的杀菌化合物Ibotenic acid为先导化合物，开发出了杀菌剂恶霉灵［3］；Shell公司开发的烯酰吗啉和中国沈阳化工研究院有限公司开发的氟吗啉则是基于肉桂酸化学结构而开发的杀菌剂［4－6］；近年来，农用杀菌剂市场占有重要地位的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂，其先导化合物是从高等真菌中分离的化合物Strobilurins，因此这类杀菌剂也被称为Strobilurins 杀菌剂［7，8］。

图3　备用生产管线流程

2）将井口的放喷流程设计为自动/手动放喷系统。将井口生产翼、放喷翼阀门控制及放喷点火系统接入RTU（图4），在气井发生任何异常需要关井时，设置自动化系统，可自动或者手动启动放喷系统，导通井口流程，避免发生关井，将A环空压力控制在安全压力范围内。

图4　自动放喷点火流程

3）在井口增加1条备用的放喷管线。除了正常配备的放喷翼放喷管线，可在井口测试阀门处接1条备用的放喷管线（图5）；当生产、放喷管线都出现异常时，可使用备用的放喷管线，保证井口处于开井状态。

图5　备用放喷管线流程

4　结束语

高压气井一旦发生油套窜通的情况，将严重影响气井的安全生产。生产单位必须从环保、安全和经济的角度出发，结合其表现出的环空压力异常现象以及自身，根据其产量、油套连通性、关井井口压力及环空最大许可工作压力的情况，对油套窜通高压气井进行分类管理；根据不同的类别制定出针对性的预防措施，以保证高压气井高效、安全开发。

参考文献：

[1]石榆帆，张智，肖太平，等.气井环空带压安全状况评价方法研究[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2012，14（1）：97-99.

[3]何银达，罗超，周忠明，等.异常高压高产气井修井工艺技术在KL203井的应用[J].油气井测试，2008，17（1）：18.

[4]聂世均，谢欣龙，孙祥，等.气井水泥环封隔完整性失效原因及对策[J].天然气工业，2014，34（1）:159-163.

[5]王治国，盛杰.气井环空带压原因及目前解决措施[J].中国化工贸易，2011，3（7）：9-10.

[6]齐奉忠，刘硕琼，袁进平，等.气井环空带压的原因分析及解决措施浅析[C]//2008年固井技术研讨会论文集.北京：石油工业出版社，2008：25-28.

（编辑王艳）

收稿日期2015-07-13

作者简介：第一宋晓俊，工程师，2006年毕业于重庆大学，从事油田工艺安全、采气工程的管理工作，E-mail：273541741@qq.com，地址：新疆库尔勒市塔指小区五区黄楼C104，841000。

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.02.013