郝艷春 李 超 樊文忠

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司 井下作業(yè)分公司 （黑龍江 大慶 163453）

井下作業(yè)在油田是高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高危害行業(yè)，服務(wù)區(qū)域點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣，施工作業(yè)場(chǎng)所高度分散。區(qū)塊物性差異較大，很多區(qū)塊地質(zhì)異常復(fù)雜，油（地）層異常高壓和淺氣層等發(fā)育。在復(fù)雜區(qū)塊作業(yè)和修井等施工中，均發(fā)生過(guò)油、氣、水浸異常情況及重特大井噴事故，造成油氣資源浪費(fèi)、設(shè)備和大量資產(chǎn)等損失，事故處理費(fèi)用較大。大量出現(xiàn)的復(fù)雜事故井和地質(zhì)隱患，時(shí)刻威脅著油田生產(chǎn)和作業(yè)施工安全，增加了作業(yè)施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致企業(yè)井控安全費(fèi)用、生產(chǎn)成本俱增，安全生產(chǎn)控制難度很大[1]。

1 “風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”的指導(dǎo)思想

樹(shù)立“以安全生產(chǎn)為核心，以科技為動(dòng)力，以降低成本”為理念，突出“生產(chǎn)依靠科學(xué)，安全促進(jìn)生產(chǎn)”的管理策略。合理優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工，追求“零傷害、零損失、零事故”為目標(biāo)。強(qiáng)化隱患治理和源頭控制，不斷改善安全生產(chǎn)條件，保證油田安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高危區(qū)域和高危井安全生產(chǎn)的目的。

2 系統(tǒng)建立

2.1 系統(tǒng)模型

圖1為系統(tǒng)模型示意圖。

圖1 系統(tǒng)模型示意圖

2.2 異常井類型符號(hào)規(guī)定和確認(rèn)

定義了13大類常見(jiàn)事故符號(hào)和7種套損類型圖例（圖 2）。

2.3 事故系統(tǒng)合成

圖2 異常井類型符號(hào)

利用地理信息技術(shù)，把大慶油田井位圖、異常井信息、A1、A2、油田監(jiān)測(cè)井、地理信息和套損井等信息移植到系統(tǒng)，合理布局。將全油田60余個(gè)油氣田，6 400km2內(nèi)的10萬(wàn)余口各類井控制在系統(tǒng)下。以葡萄花構(gòu)造線為基礎(chǔ)，把油田不同單位、不同井網(wǎng)、井型和井深的井，置于同一個(gè)平臺(tái)下，將勘探、開(kāi)發(fā)、油藏和工程領(lǐng)域的成果進(jìn)行了疊加。形成自地表、地層上部、中部、下部、油頂、油氣層不同地層剖面的梯次架構(gòu)，將地下淺氣層（次生淺氣層），浸水域、溶解氣、注蒸汽、CO2、N2、油（地）層高壓和中淺（深）等表示出來(lái)（圖 3）。

圖3 系統(tǒng)功能界面

2.4 大慶油田各類地質(zhì)高危區(qū)的識(shí)別和劃分

2.4.1 劃分原理

利用一個(gè)井區(qū)，甚至一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)，地下地層構(gòu)造、巖性砂體和地層壓力等參數(shù)具有一定的穩(wěn)定性和一致性。在油層非均質(zhì)程度較低，井位密度大，井距小，地質(zhì)事故一致的情況下，將每口井油層縱向上，易發(fā)生復(fù)雜事故的地層剖面在油層井位圖上標(biāo)示出來(lái)。橫向上劃分出易發(fā)生地質(zhì)復(fù)雜的范圍，將油田各類地質(zhì)事故進(jìn)行合理分類、劃分和文字標(biāo)注。很多異常井包含了多種地質(zhì)復(fù)雜事故，是各種地質(zhì)復(fù)雜事故的集合，有的高危區(qū)域包含了多種高危區(qū)。

2.4.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)提供了區(qū)域圈定功能，對(duì)特定的高危區(qū)域，規(guī)定不同顏色的線條和填充顏色，進(jìn)行區(qū)域圈定。實(shí)現(xiàn)油田高危區(qū)域的識(shí)別和劃分，并且，劃分結(jié)果保存在事故數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，在需要時(shí)可按要求回放該圖形，使復(fù)雜區(qū)域突出地展示出來(lái)，提示設(shè)計(jì)人員注意。劃分完成的高危區(qū)域以透明形式放置在井位圖圖層背景之下。邊界線經(jīng)過(guò)光滑處理，用戶可以選擇邊界線線型、顏色和區(qū)域內(nèi)充填的各種顏色組合（圖4）。

2.4.3 大慶油田高危區(qū)劃分

系統(tǒng)完成了大慶油田采油一廠～六廠 （CAD井位圖）、外圍油田、勘探成果圖和天然氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀圖（雙狐井位圖）的轉(zhuǎn)換，高危區(qū)域的識(shí)別、劃分、施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。

圖4 按標(biāo)識(shí)事故符號(hào)圈定復(fù)雜高危區(qū)域

3 高危區(qū)域劃分的作用和用途

3.1 各類施工井施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)提示

系統(tǒng)展示了油田地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域分布特征和規(guī)律，對(duì)油田高危區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，精確到油田每個(gè)區(qū)塊和單井。對(duì)公司所有施工井進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，對(duì)潛在施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和警示。從過(guò)去以單井施工為中心，上升到區(qū)域開(kāi)發(fā)為背景的模式，為公司進(jìn)行的高危風(fēng)險(xiǎn)井升級(jí)管理提供科學(xué)依據(jù)，降低事故井比例。

3.2 解決油田高危區(qū)劃分分歧

加深油田地質(zhì)高危區(qū)的認(rèn)識(shí)，突破現(xiàn)有技術(shù)和施工標(biāo)準(zhǔn)等的限制，將大量錯(cuò)劃為高危區(qū)域的高危井調(diào)整為非高危井，進(jìn)行施工（圖5）。

圖5 葡南局部高危區(qū)劃分對(duì)比圖

3.3 異常井復(fù)原和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)

利用系統(tǒng)事故，恢復(fù)地下復(fù)雜情況發(fā)生時(shí)的背景，結(jié)合油田區(qū)塊勘探、開(kāi)發(fā)和調(diào)整的不同階段，管理人員和設(shè)計(jì)人員動(dòng)態(tài)地掌握油田開(kāi)發(fā)經(jīng)歷和過(guò)程。在工作中識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、分析風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程中有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的核心內(nèi)容進(jìn)行深度解析。了解地下潛在施工隱患，熟悉和掌握風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的理論和方法，對(duì)油田出現(xiàn)的各類地質(zhì)事故進(jìn)行集中管理，不斷完善風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

3.4 熟悉油田開(kāi)發(fā)過(guò)程

異常井信息來(lái)自油田勘探、開(kāi)發(fā)及調(diào)整等不同階段，是對(duì)地下復(fù)雜情況的真實(shí)反映。根據(jù)異常井號(hào)和施工年限，了解某個(gè)區(qū)塊的開(kāi)發(fā)階段和歷程，以及地下油（地）層壓力的變遷規(guī)律。

3.5 指導(dǎo)各類井設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工

與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，指導(dǎo)公司作業(yè)施工，大量減少非高危區(qū)域補(bǔ)打表層以及表層井免裝井控工作，為油田節(jié)省大量生產(chǎn)和安全成本。同時(shí)，為油田采油廠、鉆井公司和作業(yè)公司等多個(gè)單位，給油田從事開(kāi)發(fā)、動(dòng)態(tài)、套損井、鉆、修井、作業(yè)和油層增產(chǎn)的技術(shù)人員，提供技術(shù)支撐平臺(tái)，識(shí)別油田地質(zhì)復(fù)雜井，套損井分布和成因等。

4 工作中的具體做法

系統(tǒng)以地質(zhì)事故為基礎(chǔ)，但不唯事故，不出事故的井并不代表沒(méi)有事故產(chǎn)生的隱患。不同的施工工藝和工作制度對(duì)高危區(qū)的解釋內(nèi)容是不一致的，適用條件不一樣。解決高危區(qū)域內(nèi)不同施工工藝高危井的界定、劃分，在不同類型的地質(zhì)高危區(qū)域內(nèi)，施工工藝技術(shù)與高危區(qū)是否相關(guān)，根據(jù)具體施工工藝的不同確定，某些技術(shù)、工具和設(shè)備是有特定適用條件的。針對(duì)井下管柱工作制度改變和無(wú)泄壓通道的井，即使不在地質(zhì)高危區(qū)域內(nèi)，經(jīng)過(guò)技術(shù)評(píng)估后確定是否進(jìn)行高危井升級(jí)管理。

4.1 高危區(qū)域和施工工藝的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

4.1.1 溶解氣和純氣層區(qū)

影響射（補(bǔ)）孔完井、提撈和壓裂施工工藝。

由于油層壓力低于飽和壓力，原油中釋放出天然氣，在油層積聚。主要分布于原始地層壓力狀態(tài)下的探井、評(píng)價(jià)井、開(kāi)發(fā)井和部分?jǐn)U邊井，不易識(shí)別，對(duì)作業(yè)危害較大。例如，產(chǎn)溶解氣井，鉆井不出事故的井，構(gòu)不成高危井，但試采射孔出氣、易井噴。

4.1.2 伴生氣

影響完井射（補(bǔ)）孔、作業(yè)、修井和鉆水泥塞等施工工藝。

伴生氣成零散狀態(tài)分布于過(guò)渡帶附近的調(diào)整井、成片鉆關(guān)區(qū)塊新井中、井口設(shè)備不全和井下管柱特殊的部分井中，無(wú)規(guī)律。

由于油田調(diào)整井鉆井，采取鉆井區(qū)域大面積注水（聚）井成片鉆關(guān)，采油井生產(chǎn)的方式進(jìn)行地層泄壓。由于鉆關(guān)周期長(zhǎng)，局部地層的壓力低于飽和壓力，導(dǎo)致油層中原油的輕烴成分（天然氣）散逸出來(lái)，并在局部構(gòu)造高點(diǎn)聚集。為保護(hù)油層，清水 （密度1.00g/cm3）或壓井液（密度 1.30～1.45g/cm3）壓井洗井后。 多采取負(fù)壓射孔（3～6MPa），抽空套管內(nèi) 300～600m的液體。對(duì)1 000m的油層 （油層壓力10～15 MPa左右），井底有效壓力小于5～8MPa，接近飽和壓力，對(duì)射孔危害較大。

4.1.3 淺氣區(qū)和次生淺氣區(qū)

影響側(cè)斜、鉆井、取套、封竄和管外冒治理工藝。

（1）區(qū)域內(nèi)淺氣和次生淺氣發(fā)育，各種地質(zhì)事故頻發(fā)，一類高危區(qū)域。

（2）特例。在淺氣區(qū)和次生淺氣區(qū)的施工井，套損點(diǎn)在淺氣區(qū)之上100m和深度大于100m，原井沒(méi)有表層套管。

4.1.4 中淺層和深層天然氣區(qū)

影響特種作業(yè)、修井、封竄和管外冒治理施工工藝。

（1）采氣井。氣井分布于安達(dá)、汪家屯、興城等地，面積大，井?dāng)?shù)少，地層壓力高，一般為18～40MPa之間，氣井的產(chǎn)氣量變化大，對(duì)作業(yè)和修井危害大。

（2）采氣井周?chē)淖鳂I(yè)井。部分采氣井與采油八廠、十廠和榆樹(shù)林等油田開(kāi)發(fā)葡萄花和扶余油層等的井網(wǎng)重疊，由于氣井生產(chǎn)的主要成分為CH4、N2和CO2等，地層壓力高。氣井井身和井口采氣樹(shù)及附屬設(shè)備易發(fā)生腐蝕、破裂和漏氣復(fù)雜情況。在地下沿?cái)鄬印⒏鞣N裂隙和砂巖孔隙運(yùn)移、積聚，形成異常高壓層，對(duì)壓裂、修井、鉆井作業(yè)和周邊生態(tài)環(huán)境危害較大。因此，在靠近氣井區(qū)域的所有施工井必須進(jìn)行潛在施工風(fēng)險(xiǎn)提示。

4.1.5 油（地）層高壓和異常高壓區(qū)

影響鉆井、側(cè)斜、取套、壓裂和待壓作業(yè)施工工藝。

油田高壓和異常高壓區(qū)塊，始終處于不斷產(chǎn)生和消亡的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此，高危區(qū)塊是動(dòng)態(tài)變化的。

（1）油層高壓和異常高壓。利用系統(tǒng)，參考最新鉆井資料，大面積進(jìn)行鉆關(guān)注水井井口壓力錄取、完鉆井最高地層壓力跟蹤和監(jiān)測(cè)井壓力，評(píng)價(jià)側(cè)斜井所在區(qū)域地層壓力變化的規(guī)律，是否位于油層異常壓力區(qū)域內(nèi)。

（2）地層（油頂之上的地層）浸水域。分成400m大于浸水域深度小于800m和浸水域深度小于400m兩類。

4.2 施工井風(fēng)險(xiǎn)判定標(biāo)準(zhǔn)、流程和高危井升級(jí)管理

4.2.1 施工井風(fēng)險(xiǎn)判定標(biāo)準(zhǔn)

將地下存在淺氣層（次生淺氣層），地層高壓浸水域、溶解氣、伴生氣、注蒸汽、CO2、N2、中淺（深）、深層產(chǎn)氣層、油（地）層壓力系數(shù)、斷層裂縫發(fā)育區(qū)和以往施工存在的異常井，作為風(fēng)險(xiǎn)判斷依據(jù)和基礎(chǔ)。將待施工井劃分為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)井、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)井和正常施工井3個(gè)等級(jí)。

4.2.2 施工井風(fēng)險(xiǎn)井識(shí)別和高危井管理流程

對(duì)1口施工井，如何進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、潛在施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、是否實(shí)施高危井升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理，制定了具體流程（圖 6）。

（1）對(duì)高危井、重點(diǎn)井和特殊井，建立公司技術(shù)交底制度。

（2）建立施工過(guò)程中異常復(fù)雜情況專家評(píng)估制度。

4.3 對(duì)油田表層完井施工井的處理

（1）不在淺氣區(qū)域和異常高壓區(qū)內(nèi)的施工井。

（2）過(guò)去在異常高壓區(qū)，現(xiàn)在不是異常高壓區(qū)。

（3）位于高危區(qū)域內(nèi)，取套深度未到達(dá)高危區(qū)域的取套井。

（4）位于高危區(qū)域內(nèi)，工藝深度未涉及高危區(qū)域的井。

符合以上情況，對(duì)帶表層施工井，進(jìn)行了高危區(qū)識(shí)別、細(xì)化和分類，對(duì)不在高危區(qū)域的施工井進(jìn)行降級(jí)處理，省去井控安裝、試壓和演習(xí)等繁瑣工作。

圖6 施工井風(fēng)險(xiǎn)井識(shí)別流程

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

自 2009年12月25日～2012年 10月 12日，3年來(lái)，對(duì)公司施工井進(jìn)行高危區(qū)域識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分和施工風(fēng)險(xiǎn)警示，正常壓力區(qū)內(nèi)有表層井免裝井控工作的界定。設(shè)計(jì)覆蓋率達(dá)到100%，高危井預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%，實(shí)際完成705口井,其中，深、淺取套400口，側(cè)斜305口，氣井和特種作業(yè)25口。實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；统B(tài)化施工，有效控制住由各種地質(zhì)復(fù)雜因素造成的工程事故，未發(fā)生任何高危區(qū)及高危井判斷失誤問(wèn)題。

[1]王深維.現(xiàn)代修井工程關(guān)鍵技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.