油气井全生命周期完整性管理规范研究

于水杰, 崔卫华, 刘洪彬, 周佰刚, 吴 双

(1中国石化国际石油勘探开发公司 2中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 3中石油渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司)

油气井完整性管理的概念起源于国外,BP公司早在1977年就开始了油气井完整性方面的探索[1]。20世纪90年代，挪威石油标准化组织(Norsok)制定发布了井完整性管理标准D-010的最早版本，2004年挪威P-31A井喷事故之后，井完整性被广泛重视。

Norsok D-010 V3定义了井完整性管理并提出了井屏障的概念。井完整性管理指“在井生命周期内，即从井的设计、施工、生产直至弃置期间，通过应用技术、操作和组织结构的协同作用，减少地层流体在地层之间或地层与地面之间无控制流动的风险”。井屏障是井完整性管理中的一个重要概念，指将井内流体或压力封闭在井内，防止地层流体在非控制状态下流入井筒、其他地层或外部环境的系统或装置。井屏障按照与地层流体接触的先后顺序，分为第一井屏障和第二井屏障。井完整性管理即对井屏障元素的管理，只有具有两道经过验证的合格的井屏障时,井完整性才能得以保障[2]。

一、井完整性管理基本要求

油气井在生命周期的不同阶段具有不同的完整性管理要求[3]。

(1)在钻完井、修井及弃井阶段：应依据技术标准进行设计、施工；对井屏障/井屏障元素性能、相关控制系统和生产参数定性分析或量化计算；考虑功能失效模式，并可对其进行修复；在井交接之前，根据钻完井及修井期间的技术变更和经验教训,更新生产制度及完整性参数，如最大允许井口环空压力和操作压力，并在井交接文件上标明；对操作和维护保养要求进行详细说明。

(2)在生产阶段，应在规定的生产条件下操作及对井屏障维护、保养及测试，避免出现危害生命安全、环境和资产价值的无法承受的失效风险，并更新单井的完整性状态。

二、井完整性管理流程

井完整性管理流程的建立及执行应在公司层面承担起大量的整合协调工作,是井在整个生命周期内完整性的保障，通过井完整性管理模型的建立(图1)，相关数据/信息在部门之间自由流动[4]，并引入钻完井、油藏、生产、修井及HSE的多专业头脑风暴式的风险评估，建立为生产服务的井完整性管理流程，实现完整性与成本的平衡[5-6]。

1. 井屏障元素可接受标准

井屏障元素是组成井屏障的物理部件，与其他井屏障元素一起构成完整的井屏障。井屏障元素可接受标准采用定性或定量的方式描述井屏障元素最低的技术要求，其辨认过程也是井屏障失效模式的辨认过程，是风险分析和井完整性管理的技术基础[2]。

图1 井完整性管理模型的建立

井屏障元素可接受标准就井屏障元素的使用、选择、测试要求、可接受的泄漏标准、维护保养及监测要求等进行详细说明，在概念设计阶段开始制定，并在详细设计、钻完井施工及修井过程中更新，作为生产阶段井屏障元素监测及维护的技术标准。

2. 井的类型

基于隐患和风险的识别及管理理念[7]，可根据油田特点将井按功能、位置、产量、举升类型、井身结构等因素进行分类，如按功能，可分为油井、气井、注水井、注气井等。不同类型井在相同的失效模式下可能具有不同的维护保养要求及行动代码。

3. 风险评估

井完整性管理需要全面了解井屏障元素失效所产生的风险。风险评估可运用HSE通用风险评估矩阵评估某井/类型井的不同的井屏障元素失效的可能性和后果的严重性，以利于为将最佳效益作为井完整性诊断和消减措施的决策提供信息保障。

风险评估可采用由钻完井、生产、HSE 、井下作业相关专业参与的多学科结合的头脑风暴，根据经验定性分析潜在风险，得到相应的风险等级，并完成风险记录表,见表1所示，作为井完整性管理模型的参考。

表1 风险记录表示例

4. 行动代码

风险等级赋予井失效模式不同的行动代码，其原则是确保将风险控制在最低合理可行的范围内。风险越大，处理的优先级越高。行动代码用于确保井完整性恢复工作的及时进行，同时需要备件的库存管理和承包商管理作为其执行保障见表2。

5. 井完整性颜色代码

采用四种颜色来标注井完整性状态(表3),实现井完整性状态的可视化[8]。

表3 井完整性颜色代码

6. 井完整性管理模型

井完整性管理模型综合了井完整性保障、风险评估、井失效模型、行动及颜色代码，采用单一矩阵清晰的表述生产过程中的井完整性管理的要求，是井完整性管理的内核和基础。

井完整性管理模型应是动态的，应对管理过程中的相关绩效指标，如预防性保养和纠正性保养的比值、平均失效周期等定期进行技术回顾并更新模型，使其符合实际状况。

由于篇幅所限，表4仅对每一种组合举1～2例进行说明，各油田可根据实际状况，建立个性化管理模型。

表4 井完整性管理模型示例

三、其他

油公司可根据井完整性管理模型采用电子表格或数据库建立井完整性管理系统，对单井的完整性状态进行管理，井完整性管理模型是管理系统的内在逻辑，井完整性管理系统是管理模型的外在表现。井完整性管理系统可实现井完整性状态的可视化管理,对井完整性快速分类、查询及分析，了解井完整性管理现状，制定针对性的改进措施。

四、认识与建议

(1)建立从设计、施工、生产、井下作业直至弃井过程中的井全生命周期的完整性管理流程，确保井风险始终处于最低合理可行的范围内，最大限度的确保井的平稳生产。

(2)井完整性管理流程的建立打破了传统油公司组织结构中部门的限制，促进了井数据在部门直接有效的流动，促使各部门作为一个整体高效地参与到井完整性管理。

(3)井完整性管理是一项全新的一体化的管理理念，通过井完整性的概念将原有的钻完井和井下作业的零散数据和技术程序整合为一个整体，实现对井的高效管理。

(4)风险评估的引入，避免了对所有井采取同一的井完整性保障措施，增加不合理的生产成本,实现资金利用效率最大化。