本文通過詳細(xì)介紹得克薩斯州的一個井控案例研究，強調(diào)了早期干預(yù)對維護(hù)井筒完整性的益處。2024年12月，在一口可追溯至20世紀(jì)初、位于得克薩斯州歷史上高產(chǎn)油田的傳統(tǒng)油井上，成功完成了一項復(fù)雜的井控作業(yè)。該作業(yè)突顯了井筒完整性管理的重要經(jīng)驗教訓(xùn)，并揭示了成熟油田中老化基礎(chǔ)設(shè)施所固有的挑戰(zhàn)。在初步的地表干預(yù)措施被證明無效后，Wild Well Control公司通過動態(tài)壓井作業(yè)，利用先進(jìn)的工程技術(shù)、多相流模擬和深厚的操作專業(yè)知識，重新控制住了該井。
初始狀況
該井最初于20世紀(jì)20年代鉆成，因此經(jīng)歷了一系列事件，最終導(dǎo)致了井屏障系統(tǒng)的機械故障。在該井的早期階段，據(jù)報道，在大蕭條時期，大約500英尺的表層套管被拆除以回收金屬。由于井齡較長，歷史記錄不完整，導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性存在重大不確定性，給現(xiàn)代干預(yù)技術(shù)帶來了操作挑戰(zhàn)。
事故井鉆深約1600英尺，采用2?英寸單油管完井管柱完井。該井通過CO?氣驅(qū)機制作為產(chǎn)油井完井。油田的地質(zhì)特征帶來了獨特的挑戰(zhàn)，包括廣泛連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)，利用CO?氣頂將產(chǎn)油層抬升至地表。地質(zhì)裂縫性層位帶來了操作挑戰(zhàn)，包括主要井屏障的喪失以及在鉆井和干預(yù)作業(yè)期間顯著的流體循環(huán)漏失。該井持續(xù)生產(chǎn)了六十多年，后來被轉(zhuǎn)換為觀察井。
事故評估
在一次例行現(xiàn)場巡視中，作業(yè)公司的生產(chǎn)監(jiān)督人員觀察到氣體和水從井坑中逸出。這種無控制釋放含有硫化氫（H?S），形成了有毒氣團(tuán)，需要建立隔離區(qū)并使用專門的個人防護(hù)裝備（PPE）規(guī)程才能安全進(jìn)入現(xiàn)場。
圖1. 井噴期間的井口狀況。
Wild Well Control的人員被迅速調(diào)動起來，開始進(jìn)行控制努力并進(jìn)行全面的井場評估。初步評估確定流體源自生產(chǎn)套管外部，證實了井的屏障系統(tǒng)完全失效。因此，該井被歸類為井控嚴(yán)重性三級，這表明完全失去了控制，并開始出現(xiàn)井噴狀況，圖1。
策略與作業(yè)
第一階段：地表壓井嘗試。 在完成初步現(xiàn)場評估后，Wild Well Control的團(tuán)隊制定了初步計劃。干預(yù)策略側(cè)重于通過地表壓井作業(yè)恢復(fù)靜液壓控制。Wild Well Control協(xié)調(diào)了設(shè)備的調(diào)動，包括作業(yè)者常用的1000桶壓井液和完井鹽水（10 ppg），兩者都額外補充了500桶含有碳酸鈣堵漏材料的固體泥漿。額外部署了泵車以確保操作冗余，并在整個壓井過程中保持連續(xù)的流體輸送。流體量和泵車的部署以作業(yè)者的現(xiàn)場經(jīng)驗為指導(dǎo)，利用易于獲取的資源來支持典型的低壓壓井作業(yè)。
第一次壓井嘗試取得了部分成功，暫時降低了流速；然而，由于流體量不足，未能阻止井噴。該作業(yè)證實了流體大量漏失到裂縫性地層系統(tǒng)中，漏失速率顯著超過了作業(yè)者現(xiàn)場人員根據(jù)鄰井?dāng)?shù)據(jù)得出的初步估計。第一次嘗試的操作參數(shù)被仔細(xì)記錄和分析，為后續(xù)的壓井策略提供信息，并結(jié)合了主要發(fā)現(xiàn)和經(jīng)驗教訓(xùn)，以優(yōu)化未來的干預(yù)工作。
第二次壓井嘗試。 隨著井口采油樹開始傾斜，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)完整性受損的早期跡象。作為應(yīng)對，加快了第二次壓井嘗試，以便在進(jìn)一步惡化威脅到完全失去地表通道之前進(jìn)行干預(yù)。這次嘗試采用了更高的泵速和更大的流體量，產(chǎn)生了有希望的跡象，例如地表泥漿返出和顯著降低的流速。然而，作業(yè)期間的機械設(shè)備故障導(dǎo)致計劃外停工，最終未能成功完成壓井。
第二階段：操作挑戰(zhàn)與重新評估。 在壓井嘗試之間，發(fā)生了顯著的井口沖蝕和地面沉降，導(dǎo)致井口總成傾斜，妨礙了安全操作閥門。井況的這種結(jié)構(gòu)變化需要對干預(yù)策略進(jìn)行重新評估。作為應(yīng)對，作業(yè)團(tuán)隊啟動了通過救援井進(jìn)行井噴恢復(fù)的并行規(guī)劃，同時使用先進(jìn)的多相流模擬評估在新改變的井況下進(jìn)行動態(tài)壓井的可行性。
圖2. 最壞情況下水平釋放情景的隔離區(qū)評估示例。
第三階段：動態(tài)壓井執(zhí)行。 經(jīng)過七天的準(zhǔn)備和規(guī)劃，Wild Well Control使用基于多相模擬建模得出的工程參數(shù)，成功執(zhí)行了動態(tài)壓井作業(yè)。
鍵操作參數(shù)：
壓井液密度：12.5 ppg，添加堵漏材料。
作業(yè)站位距離：距井口1000英尺，以確保人員安全。這1000英尺的區(qū)域是基于隔離區(qū)評估確定的，使用了Wild Well Control內(nèi)部人員完成的氣體擴(kuò)散分析，圖2。
設(shè)備冗余：四臺泵車（100%備用能力）。
流體量：計算需求量的兩倍。
執(zhí)行順序
診斷性泵注。為了準(zhǔn)確確定生產(chǎn)套管內(nèi)的漏失路徑，在開始泵注作業(yè)之前進(jìn)行了示蹤劑流體注入。這一診斷步驟對于驗證現(xiàn)有流動路徑和確保工程模型與現(xiàn)場實際條件保持一致至關(guān)重要。該程序證實了流動的連續(xù)性，這一點通過示蹤劑流體幾乎立即通過井噴流返回得到證明。這些結(jié)果增強了模型假設(shè)的可靠性，并在全面作業(yè)開始前提供了必要的確認(rèn)。
壓力管理。泵注計劃旨在建立必要的井底流壓，以超過井噴區(qū)內(nèi)的孔隙壓力。初始壓井速率設(shè)定為每分鐘3桶，以驗證流動路徑的完整性并防止?jié)撛诘亩氯??；谀M壓力響應(yīng)和觀測壓力響應(yīng)的比較，速率逐漸增加至約每分鐘10桶。為保護(hù)井的機械部件，地表壓力被限制在1500 psi。泵速逐步分段進(jìn)行，以穩(wěn)定井底壓力，同時考慮到井口閥門的低壓額定值，確保整個操作過程的安全。
圖3. 動態(tài)壓井敏感性示例。
流量監(jiān)測。 在整個作業(yè)過程中，持續(xù)監(jiān)測通過生產(chǎn)套管和油管的雙流動路徑，以便在井底壓力接近靜儲層壓力時能夠快速干預(yù)。這種積極主動的方法確保了能夠及早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對任何可能危及操作成功的流動路徑異常。
多相模擬使得能夠開發(fā)一系列與井下流體通道相關(guān)的場景，實際操作參數(shù)落在所分析案例的范圍內(nèi)。進(jìn)行了敏感性分析，以評估井噴混合流體密度的變化——這是井噴壓井評估中一個固有的不確定參數(shù)，圖3。該混合密度在動態(tài)壓井作業(yè)中計算靜液壓和摩擦壓力時起著關(guān)鍵作用，因為它反映了壓井液和井噴流體的綜合特性。準(zhǔn)確估算該密度對于有效的井控規(guī)劃和執(zhí)行至關(guān)重要。
完成作業(yè)
在泵注750桶壓井液后，實現(xiàn)了完全停止流動。通過3小時的監(jiān)測期確認(rèn)了井的穩(wěn)定性，隨后使用抗CO?水泥和擠注技術(shù)成功進(jìn)行了固井作業(yè)，圖3。這個案例強調(diào)了積極主動的井筒完整性計劃至關(guān)重要——特別是對于成熟油田中的傳統(tǒng)資產(chǎn)。缺乏結(jié)構(gòu)化的監(jiān)測規(guī)程導(dǎo)致在發(fā)現(xiàn)問題之前，存在一段未檢測到的無控制流動期。關(guān)鍵作業(yè)期間設(shè)備的可靠性問題進(jìn)一步凸顯了嚴(yán)格質(zhì)量控制和預(yù)防性維護(hù)的必要性，尤其是在成熟油田作業(yè)典型的成本敏感環(huán)境中。此外，多相流模擬的成功使用實現(xiàn)了動態(tài)壓井程序參數(shù)的精確優(yōu)化，從而展示了先進(jìn)工程技術(shù)在管理復(fù)雜井控場景中的價值。
這一復(fù)雜井控事件的圓滿解決表明，即使是嚴(yán)重受損的傳統(tǒng)老井，也可以通過嚴(yán)格的工程分析和執(zhí)行來安全地管理。該作業(yè)還凸顯了積極主動的井筒完整性管理相對于被動緊急干預(yù)的優(yōu)越性——無論是在有效性還是成本效益方面。建立井控風(fēng)險管理程序或全面的井筒完整性管理框架對于創(chuàng)建穩(wěn)健的井審計和數(shù)據(jù)庫至關(guān)重要。這樣的系統(tǒng)使作業(yè)者能夠系統(tǒng)地解決完整性問題，并加強整個油氣作業(yè)的整體風(fēng)險管理。
這些計劃應(yīng)以結(jié)構(gòu)化的方式制定，以支持對井部件地表和井下機械完整性的標(biāo)準(zhǔn)化評估。在此評估之后，應(yīng)實施有針對性的風(fēng)險管理策略，根據(jù)井的完整性狀況對其進(jìn)行優(yōu)先排序，從而加快對高風(fēng)險資產(chǎn)的干預(yù)工作。
負(fù)責(zé)監(jiān)督成熟油田的作業(yè)者必須優(yōu)先考慮實施全面的井筒完整性計劃，該計劃應(yīng)包含定期監(jiān)測、預(yù)防性維護(hù)和應(yīng)急計劃。這種積極主動的方法對于最大限度地減少無控制釋放事件的可能性并確保持久的作業(yè)安全至關(guān)重要。
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