水力压裂井的设计和完整性
本文摘要：（由ai生成）
油井完整性通过技术和操作措施确保流体受控，防止泄漏。良好井设计包括多道屏障隔离岩层。井的设计、施工、操作、维护和退役需考虑完整性，使用耐压钢套管、固井水泥等。钻井和完井过程中采取多种保障措施，实时监测压力。石油产权持有人需提交管理计划、环境计划和安全系统给DMIRS，经批准后方可作业。油井退役需隔离油气地层，恢复原始状态。
油井完整性是指防止或减少油井中流体(石油液体、气体或水)不受控制地释放到周围环境中的风险。井设计对于保持井的完整性至关重要。
一个良好的设计是如何保持诚信的?
每口井的设计、施工、操作、维护和最终退役都考虑到了特定的井完整性。
存在于地下岩层中的流体，如石油、天然气和水，受到其上岩层的压力。当钻井时，地层压力会施加在井筒上，可能导致这些流体流入井中。为了抵消这种压力，该井使用固定设备建造，包括井口、套管、衬管、水泥、油管、阀门和封隔器，以及专用钻井液。这些组件通过形成一系列额定压力屏障，将岩层和含水层与井筒隔离，从而提供完整性。屏障可以防止流体和物质以不受控制的方式进入或离开井，从而保持环境和安全控制。
屏障就位前的压力控制主要由钻井液施加的静水压力提供，防喷器(BOP)提供二次控制。
井设计的目标是:
采油树
确保地下岩层中流体施加的压力(地层压力)始终得到安全控制;
通过将不同岩层相互隔离，防止流体在不同岩层之间流动;
防止不受控制的流体从井中流出;和
防止来自外部环境(地下岩石或地面)的任何流体进入井筒。
油井设计始终坚持在任何潜在泄漏路径上保持至少两个屏障(一个主要屏障和一个次要屏障)的原则。这意味着如果主屏障被破坏，在主屏障恢复之前，次级屏障将阻止泄漏。
井是如何构造的?
一口油井是由一系列井段组成的，先钻直径最大的井段。每个井段都衬有耐压钢套管，在钻井之前，将套管固定在井中，将井与围岩隔离开来。
井口安装在地面套管上。井口安装防喷器，地面套管固井后进行压力测试。通过向套管内部泵入水泥浆来固井套管。然后将钻井泥浆泵入套管，将水泥泥浆从套管底部排出。水泥被推至套管外部，填充套管与岩层之间的环空。回地面固井意味着泵入足够的水泥来完全填充环空。
根据浅层含水层的位置，上孔段(钻井的第一部分)可能达到地表以下500米至1200米的深度。该部分的表层套管保护浅层含水层免受井内任何流体流动的影响。
随着井深的加深，随后的井段内衬套管并进行原位胶结。每个套管在井内的不同深度延伸或“坐封”和固井，其中表层套管最浅，生产套管最深。套管也连接在井口，井口本身是一个额定压力组件，能够承受井中最大的预期压力。
钻井完成后，在井口安装一棵圣诞树，取代防喷器。该采油树通过管道与生产设备相连。所有组件都经过压力测试和验证，可以作为泄漏屏障。
在生产井中，通过钢套管和水泥形成小射孔，为碳氢化合物流入井内创造通道。射孔只在含油气岩层附近进行，这些岩层通常位于地表以下数公里处。将生产油管安装到井中，以提供将碳氢化合物回收到地面的管道。
水泥是井施工的关键组成部分，因此固井是一个完全设计和工程的过程。固井程序必须符合国际标准。
Well设计必须符合国际标准。推荐的陆上石油套管设计包括:
导体套管:用于防止松散的地表沉积物塌陷到井内，并保护浅层含水层。该套管约50米深，并与地面胶结。
地表套管:用于保护地下水，设于可饮用含水层以下，通常在地表以下500m ~ 1200m之间，并与地表胶结。
中间套管:通常用于较深的井，以减少钻井到目标地层时需要管理的裸眼数量。
生产套管或尾管:生产井的最后一套套管。套管外的水泥会将油气层与其他地下岩层隔离开来。如果是套管，它将从井的总深度下到地面，而尾管将从井的总深度下到上一个套管的适当重叠处。
生产油管:通常下入中间套管，作为石油或天然气生产的管道。
如何对完整性进行良好的测试和监控?
在钻井和完井过程中，为了确保没有无法控制的泄漏，采取了许多保障措施和措施。例如，可以通过确保水泥已正确密封和粘合来确认井的完整性。这是通过一种称为水泥胶结测井的过程来完成的，该过程使用一种工具来记录套管/水泥与水泥/岩层之间的水泥胶结。
为了确保井在整个生产周期内的完整性，井施工中使用的组件都经过了超过最大预期地下压力的压力测试。
石油产权的注册持有人必须在钻井作业期间进行实时压力和钻井液监测，并每天向矿业、工业监管和安全部门(DMIRS)报告这些数据。DMIRS工程师审查这些报告，并进行现场审计和检查，以确保作业以安全的方式进行，并符合批准的计划和良好的油田实践。在生产过程中，对压力进行连续监测。
有哪些流程可以规范井的完整性?
注册所有权持有人必须在钻探任何油井之前向DMIRS提交申请。应用程序必须包括井管理计划(WMP)，详细说明地质预测和公司将如何钻井，环境计划(EP)和安全管理系统(SMS)。在任何活动开始之前，设计基础由DMIRS评估和批准。
注册所有权持有人在油井生命周期内进行任何额外活动时，还必须提交修订后的WMP、EP或SMS，这些活动必须在DMIRS批准后才能开始作业。
石油和天然气可以从一口井中开采几十年。在此期间，注册所有权持有人必须维护该井。需要定期进行井完整性检查，DMIRS监控这些活动并接收报告结果。任何异常都必须进行调查和补救。
碳氢化合物被开采出来之后会发生什么?
DMIRS要求注册所有权持有人提交一份修订后的WMP、EP和SMS，涵盖已完成生产的井的停产。井的退役意味着将含油气地层与地面隔离，这是通过在井的关键位置设置一系列机械和水泥塞作为屏障来实现的。修订后的WMP详细说明了要使用的程序以及要安装的水泥和机械塞。所有地面设备，包括井口，必须从现场移除。
然后需要对该站点进行修复，以使其恢复到原始状态。与所有石油活动一样，如果证明该计划符合良好的油田实践、标准和规范，则会获得批准。
术语
环空:两个同心物体之间的空间，如井筒与套管之间或套管与油管之间，流体可以在此流动。
屏障:防止流体从地层无意中流入井筒、另一层地层或外部环境的一个或几个组件。
防喷器(BOP):在发生井控事件时，可以用来快速密封井顶的装置。它通常包括安装在井口顶部的几组阀门(称为闸板)，当关闭时，将密封钻杆周围，防止地层流体从井中失控流动。由于防喷器对工作人员、钻机和井筒本身的安全至关重要，因此根据风险评估、当地实践、井类型和法律要求，定期对防喷器进行检查、测试和翻新。
套管:放置在井内的金属管道，用于防止井壁坍塌和防止流体在地下地质构造中流动。它还可以在钻井过程中保持对流体和压力的控制。
水泥:用于永久密封套管和井壁之间的环空空间的材料。水泥也用于密封地层，以防止钻井液流失。
水泥胶结测井:套管内的声波装置，根据声波信号的吸收或反射来检测水泥的存在。它用于测试水泥是否有效粘附在套管之间的环空两侧或套管与岩石两侧之间。
退役:一个行业术语，指准备永久关闭一口井的过程，通常是在监测确定没有足够的石油或天然气潜力来完成一口井或在生产作业将储层排干之后。
管线:连接井口和生产设备的输送油、气或水的地面管道。
(井的)完整性:应用技术、操作和组织解决方案，以降低在井的整个生命周期中地层流体失控释放的风险(NORSOK标准D-010)。
尾管:最内层的套管，在其中完成井的生产层。尾管不会延伸到地面，而是与之前的套管底部重叠。
封隔器:一种可以下入井筒的装置，初始外径较小，然后向外膨胀以密封井筒。在完井作业中，它将环空与生产油管隔离开来，实现了生产、注入或处理的控制。
射孔:在井内的套管和水泥中穿孔，使地层流体(包括天然气)进入井内，进而使流体注入地质地层。
井眼:已钻的井眼，包括井的未套管段。井筒可以指井的内径，即包围钻孔的岩面。
井口:在井口上方的地面设备。也可参考“Christmas tree?”定义。
定义来源于斯伦贝谢油田术语表和NORSOK标准D-010。
