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[阿什卡咖啡馆] 固井:封印一切地底深处的妖魔鬼怪

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发表于 2019-9-3 13:40:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
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品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第672篇原创文章
首发于2019年9月1日

很久很久以前,土地还只是土地,人们不知道地底深处被镇压着让水面也能起火的“妖怪”,还有闻之必死、易燃易爆炸等各类“浊气”……

直到有一天,一位猛士给土地开了个口子,惊觉这些“妖魔鬼怪”皆有两面:放纵则为祸人间,掌控则福泽万民。然而,天地万物,自古便是易于放纵,难于掌控。这,该如何是好?

故天降大任于石油人也,开宗立派,著学施法,地质勘察又物探,钻井又录井,测井又固井……这固井,正是封印那些鬼怪的不二法门。

说到封印,我就想起公元2010年,遥远的西土世界——鬼怪突破封印肆虐墨西哥湾事件……

前面都是铺垫,不要太在意细节,换回人话。石油工业历史上不能忘却的“911事件”——墨西哥湾漏油事件,事故发生原因中大部分都与固井有关。

固井就是加固井壁的意思,目的很明确:防止井壁垮塌,保证继续安全钻进地底深处,封隔油、气和水层;保证勘探期间的分层测试;保证在整个开采过程中,合理的油气生产。等等。手段也简单粗暴:下入优质钢管,并在井筒与钢管间隙处(该处空间称为环空)充填好水泥。Over。这套封印大法作业,称为固井工程。

历史和神话谆谆教导我们:虽然所有的封印大法看上去都简单粗暴,但操作必须动用深厚功力,手法必须做到精微细腻。

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墨西哥湾漏油案,就是一坨反例。下面按照固井步骤,细数此案封印法师的七宗罪。

第一宗


地底深处支撑那些“妖魔鬼怪”的最大动力来源于地层压力和高温,下入优质钢管可以有效KO这些困难,通俗称为下套管。套管是一种特制钢管,是钻井过程中的耗材,塞进地下不再取出,具有相当的抗压强度和抗腐蚀性,长度没有严格规定。

如果下入地底的套管直径、厚度和长度完全统一,则无法解决钻的深度越深地层压力越强等各类实际问题,所以通常要做套管柱的结构设计,根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度,确定套管的使用壁厚,钢级和丝扣类型。

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套管通常分为隔水导管(或导管,包括锤打入桩管)、表层套管、技术套管(中间套管或保护套管)、生产套管或尾管,套管柱则由它们组合而成。

墨西哥湾事件中,就对先下尾管还是直接下长串生产套管问题有争论,因为下尾管会减慢施工进度,而下入长串生产套管是一种较快的作业方式,工期可以减少3天并节约700-1000万美元,于是甲方选择了直接下长串生产套管,这是第一宗套管罪。

第二宗


下套管过程中,需要用到扶正器来支撑套管,使套管顺利下到预定井深,并使套管在井眼内居中,直接关系到固井质量。但墨西哥事件中,扶正器的型号和数量均存在一些问题,这是第二宗扶正器罪。

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第三宗


下完套管后,为将套管和井壁的环形空间(环空)封固起来,防止油气从产层中进入井眼,使套管成为油气通向井中的通道,需要注入水泥。

这种水泥是一种水硬性胶凝材料,它与水按一定的比例混合便形成水泥浆,并在井下硬化成具有一定抗压强度和渗透率的水泥石。

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由于井下环境复杂,纯水泥不能满足生产需求,需要不断添加和改变外加剂来调节油井水泥的性能,外加剂通常种类有缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、促凝剂、抗高温强度稳定剂、减轻剂等。

墨西哥事件中,水泥浆试验不全面,把关不严,泥浆循环不够等原因再次影响了固井质量,这是第三宗水泥罪。

第四宗


注入的水泥需要一段时间来凝固从而满足后续施工要求,即候凝期。

墨西哥事件中,因钻井进度比计划推迟了大约42天,为了赶进度,仅候凝16.5小时,就令井队用海水替换钻井液。由此导致压力失衡,井内液压柱压力不足以平衡地层压力,从而引发地层流体涌入井筒。这是第四宗候凝罪。

第五宗


下套管注水泥之后,在水泥凝固期间就要安装井口。表层套管的顶端要安套管头的壳体。各层套管的顶端都挂在套管头内,套管头主要用来支撑技术套管和油层套管的重量,这对固井水泥未返至地面尤为重要。套管头还用来密封套管间的环形空间,防止压力互窜,并且是防喷器(BOP)、油管头的过渡连接。陆地上使用的套管头上还有两个侧口,可以进行补挤水泥、监控井况、注平衡液等作业。

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安装在井口的防喷器是防止漏油的最后一道屏障,墨西哥事件中防喷器当时并没有发挥作用,这是第五宗防喷器罪。

第六宗


安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后,要做套管头密封的耐压力检查,和与防喷器联接的密封试压。探套管内水泥塞后要做套管柱的压力检验,钻穿套管鞋2~3米后(技术套管)要做地层压裂试验。

生产井要进行水泥胶结测井,用声波仪器来检测水泥是否与套管外壁和井洞壁胶合结实,这是十分重要的一步,若发现水泥中有通道,可以在套管上钻个孔再注入一些水泥。

墨西哥事件中,一次测井需要花费9至12个小时并支付12.8万美元,呃,自然是没有测了,这是第六宗水泥胶结测井罪。

第七宗


接下来,需要对油井进行第一次完整性测试——正压测试和负压测试。

正压测试为往井筒里加压,然后通过压力传感器测试压力的保持情况。可以理解为给自行车车胎打气,然后捏捏车胎,看车胎有没有漏气。

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负压测试则是把井内的压力释放掉,然后观察压力情况,如果固井质量没问题,井筒密封性完好,压力释放后是不会再次涨起来的。为了环保和循环利用的经济效益,在测试前,需要泵入海水把泥浆持续替换出来,而在海水和泥浆之间要先泵入一些隔离用的隔离液来隔开海水和泥浆。

墨西哥事件中,正压测试成功,负压测试出现了一点异常,但仍被认为成功了,这是第七宗测试罪。

严格按照程序来说,检查固井质量的指标全部合格后,才能进入到下一个作业程序。固井步骤多,工作内容一环扣一环,而墨西哥事件中,环环都出了点小差错,终是酿成了巨大悲剧。

前事不忘,后事之师,要记住任何事都没有表面看起来那么简单,所有的事都会比你预计的时间长,会出错的事总会出错,如果你担心某种情况发生却无所行动,那么它就更有可能发生。

在每一次安全生产中,与懒惰、贪婪、居功自傲等欲望和人性作斗争,是一场没有终点的战役,愿各位看官胜者为王。

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