深水油气井测试海底控制系统及其关键设备
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摘 要：深水油气井完整性管理涵盖了钻井、完井、生产、修井直至弃置全过程，综合了技术和管理理念，是对所有影响深水油气井完整性的因素进行一体化全方位的管理，其工作核心是以阻隔地层流体泄漏到地面的井屏障为基础，结合完整性检测与评价技术，对深水油气井开展风险分析，为管理者提供深水油气井全生命周期内的潜在风险识别及风险等级划分，并给出风险管控措施，以最终降低安全风险、环境风险和运营风险。通过对海上深水油气井完整性现状调研，发现存在环空带压、油套管腐蚀、井下阀门泄漏、封隔器密封失效、采油树阀门泄漏等一系列问题，其中油套管腐蚀和环空带压问题最为突出，安全生产形势严峻。
关键词：深水油气井;测试海底;关键设备
深水油气井受限于水下井口，其密闭环空没有释放压力的通路，从而形成附加圈闭压力，威胁井筒安全，因此，对深水油气井测试和生产过程中套管环空圈闭压力的研究至关重要。
1 海上深水油气井完整性现状
由于海上油气田开采相比陆上油气田具有投资高、风险大的特殊性，一个平台造价高达几十亿元，多口丛式井集约化开采，油气生产处理设备众多，一旦发生深水油气井完整性问题，如油气泄漏，极易引起火灾爆炸事故，甚至造成平台损毁、人员伤亡及严重的环境污染。
1.1 预防环空带压的有效策略
受生产系统和水下钻井设计的影响，并不是所有的密闭环空都有可供压力释放的路径，而是向地层释放或者利用套管阀释放，针对该种情况，在设计钻井工程时，应当考虑缓解和降低因环空带压所造成影响的方法。根据某海域内的地质特征及海水环境，进行大量分析计算，可采取以下措施实现环空带压的有效预防：提高钢材的级别增加其壁厚，可确保标准的套管强度，具有良好的安全可靠性能;上层的套管鞋下面约100m的位置为水泥浆的返至点，不仅具有良好的经济性，而且对施工程序不产生影响，在当前深水油气井作业中运用比较普遍;使用可压缩的复合泡沫施工技术，可达到30%的体积应变，具有成熟的市场产品，目前在南海深水油气井作业中已投入使用;使用真空VIT隔热油管，具有较高的可靠性。
1.2 安全监测与控制
数据采集系统对压力、温度、可燃气体、CO2、H2S等数据进行实时采集，监测井口、分离器压力及有害气体浓度，采用自动报警，全区域视频监控模式。对监测参数设置上、下限报警，在发生异常时，及时给操作人员警示，避免发生事故。测试流程设置三级安全控制系统：一级是数据采集系统，实时记录压力温度监控，并可以实现高、低报警，机械记录井口用压力表和温度计完成，分离器以巴顿记录仪和流量计监测，一级保障能够给操作者直观信号，发现危险情况及时处理;二级是紧急关闭系统（ESD），确保在异常情况发生时（如来自高、低压感应区，远程 ESD 控制点等）2s 内，就可截断上游压力源，液压安全阀关闭，切断井内流动，保障测试安全;三是分离器的安全阀和破裂盘对分离器实施过压保护，当出现误操作或自动控制阀运转不正常使分离器超压时，分离器的安全阀打开，卸掉分离器内的压力。由于破裂盘的破裂压力要高于安全阀的开启压力，所以当压力上升过快时，在打开安全阀时击碎破裂盘，两种装置同时卸压，实现对分离器和整个测试现场的安全保护。
2 深水油气井测试海底控制系统及其关键设备
2.1 定量评价
定量风险评价使用统一的风险矩阵，根据泄漏可能性和泄漏安全后果综合评定，量化分析得到的风险矩阵。
2.2 强度校核。综合考虑该井不同环空压力状况
下φ339.7mm技术套管强度的校核结果，当环空带压>10MPa时，其抗压的安全系数比行业的标准值低;环空带压>25MPa时，其三轴系数比行业的标准值低。所以当环空带压>10MPa时，套管不具有安全性。综合考虑该井不同环空压力状况下φ244.5mm套管强度的校核效果，当环空带压>15MPa时，其抗内压的安全系数比行业的标准值低，所以當环空带压>15MPa时，套管不具有安全性。由校核结果可知：环空压力与套管所处的深度成正比关系，套管所处的深度随着环空压力的不断升高而逐渐增大，同时安全系数成降低趋势。在安全系数达不到行业标准时，需要采取相应措施预防环空带压的形成，比如管材纲级的提高、通过破裂盘的安装达到井筒安全受环空带压影响的减缓或降低等。
3 结语
通过分析油套管腐蚀、环空带压等深水油气井完整性问题，提出了通过井分类的定性分析方法和以风险矩阵为基础的定量风险分析方法来评估在生产井安全，建立了一套适合中国海油在生产井的完整性管理解决方案，并通过实例分析验证了该方案合理可行，可为海上深水油气井完整性管理提供参考。
参考文献：
[1]李炎军，张万栋，杨仲涵，等.东方13-14高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计[J].石油钻采工艺，2019 （15）：89-101.
[2]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2009 （02）：56-58.
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