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摘要：随着深水油气田不断进入开发阶段，各种各样的技术难题逐渐凸现出来。针对深水井生产初期，井口处套管环空压力上升可能会造成套管挤毁和破裂问题，对目前常用的环空压力管理技术进行了介绍和分析，并对比了各个方法的技术优缺点。
关键词：深水钻井 套管 环空压力 破裂盘
中图分类号：TE52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-01
在深水油气田开发过程中，由于地层流体温度高达上百摄氏度，而海床附近温度很低，套管环空压力增加问题突出在油气田生产的初期几小时内就可以使井口各层套管之间流体温度上升，同时造成各层套管环空压力随着流体温度升高而不断增加，当压力上升到套管抗压或抗挤强度极限时，就会导致套管损坏，或者会因套管轴向压力增大而上顶井口，给深水油气开发带来巨大损失。该文通过对常用环空压力管理技术措施进行分析，并结合尼日利亚OML130区块A油田环空压力管理的实际方法，对深水环空压力管理技术进行研究。
1 常用环空压力管理技术措施
目前常用套管环空压力管理技术措施有以下几种。
提高管材钢级和壁厚：通过提高管材钢级和壁厚使各层套管具有足够的抗内压和外挤的能力，从而克服由于生产初期温度上升而导致的压力上升带来的危害。该方法在一定条件下是解决此类问题的最好办法，但大多情况，往往需要远大于API标准规定的钢级和壁厚的管材，受管材加工工艺和施工工艺的限制，基本很难实现。
采用恰当的固井方式：如果条件允许，可以采用全封固井方式解决该问题（确保有很好的固井质量），但由于深水水下井口特点限制，容易产生多余水泥浆堵塞井口头的风险，从而造成井口环空密封失效，不具备操作性。此外，深水浅部固井漏失风险非常大，如果地层存在漏失，即使附加量足够也可能由于地层漏失而造成上部环空无水泥浆无法全封固井的结果。此外，可将固井水泥浆返至上层套管鞋以下，该种方法在固井过程中，控制水泥浆返高低于上层套管鞋，热传递发生时，环空流体可以通过上层套管鞋流入地层中，此方法在条件允许情况下可行，但也需要承受较大的风险，如尼日利亚AKPO油田在20”表层套管以下有油气层，使用该方法风险极高。
采用尾管井身结构：采用尾管井身结构可以通过下入尾管很好的解决了其中相应套管环空压力上升问题，但受套管强度及井身结构限制，不可能每层环空之间都以下入尾管的方式规避，所以该种方法只能在特殊条件下解决某个环空压力上升的问题。
可压缩泡沫技术：可压缩泡沫技术是通过特殊的可压缩合成泡沫包裹在需要克服压力上升而采取措施的管材上，当密闭的空间内压力上升到一定数值时，合成泡沫开始变形，增加环空空间从而吸收压力的方法。
注入可压缩气垫：通过在密闭环空空间注入惰性气体，如氮气，原理与可压缩合成泡沫技术原理相同，都是通过增加密闭环空的空间而达到吸纳多余压力的目的。注入可压缩气垫是较为理想的解决生产初期压力上升的技术方案，但实际操作难度非常大，如何注入氮气是其最关键的部分，势必会因为大大增加作业周期而产生高昂的作业费用。
在套管上安装压力释放装置：该种方法是通过在套管上按照一个破裂盘，当内压或者外压达到套管破裂或者挤压变形前，破裂盘爆破从而释放密闭空间的压力。该种方法可以避免压力上升而损坏套管。在套管上安裝压力释放装置也有一定的局限性，由于要确保井的完整性，该方法只能用在靠外层的管材上，同时对破裂盘技术参数要求非常高。
2 尼日利亚A油田环空压力管理办法
尼日利亚A油田发现于2000年，是在OML130区块钻获的世界级重大深水发现之一。该油田距尼日利亚海岸线200 km，所处海域水深在1200 m至1400 m之间。油田的开发方案主要包括44口井，其中有22口生产井，20口注水井和2口注气井。AKPO油田地温梯度大约是墨西哥湾地温梯度的两倍，所以该区域油田开发过程中环空压力增加的问题更为突出。
由于深水开发成本非常高，往往一口井钻井费用就达几千万美金，采用的任何技术都要确保安全可靠，为了达到此目的，该油田采用了多种环空压力管理办法：
尾管固井技术，AKPO油田所有井在生产初期都存在多个套管环空憋压问题。为此，作业者优化了井身结构，将27.31 cm套管优化成尾管，同样可以满足套管校核要求，这样减少了一层环空压力管理
问题。
套管破裂盘技术，该技术主要是在存在挤压变形风险的35.56 cm套管的外层50.80 cm套管上安装套管破裂盘，套管破裂盘安装在外层套管上，用于保护内层套管，其原理为当环空压力大于一定值时，滑行块下行致使破裂片破裂，使内环空压力释放至外环空，从而保护内层套管不受损坏。
可压缩泡沫技术，将可压缩泡沫安装在14”套管外壁并固定与套管一起下入井中，当密闭空间压力上升时泡沫开始压缩从而释放空间，到达降低环空压力的目的。
AKPO油田目前已经投产近2年时间，所有井情况良好，未发生套管破裂事故。
3 结语
针对深水钻井环空压力管理难题，目前研究出了多种环空管理技术，其中尾管固井技术、套管破裂盘技术和可压缩合成泡沫技术在尼日利亚ML130区块A油田深水井中得到了应用，获得了良好的应用效果和经济效益。
深水油气田生产作业中，为有效解决套管环空压力问题，往往组合应用多种环空管理技术。为更好满足生产需求，还需进一步开展井口防压装置的研制等工作。
参考文献
[1] 高宝奎.高温引起的套管附加载荷实用计算模型[J].石油钻采工艺，2012，24（1）：8-10.
关键词：深水钻井 套管 环空压力 破裂盘
中图分类号：TE52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-01
在深水油气田开发过程中，由于地层流体温度高达上百摄氏度，而海床附近温度很低，套管环空压力增加问题突出在油气田生产的初期几小时内就可以使井口各层套管之间流体温度上升，同时造成各层套管环空压力随着流体温度升高而不断增加，当压力上升到套管抗压或抗挤强度极限时，就会导致套管损坏，或者会因套管轴向压力增大而上顶井口，给深水油气开发带来巨大损失。该文通过对常用环空压力管理技术措施进行分析，并结合尼日利亚OML130区块A油田环空压力管理的实际方法，对深水环空压力管理技术进行研究。
1 常用环空压力管理技术措施
目前常用套管环空压力管理技术措施有以下几种。
提高管材钢级和壁厚：通过提高管材钢级和壁厚使各层套管具有足够的抗内压和外挤的能力，从而克服由于生产初期温度上升而导致的压力上升带来的危害。该方法在一定条件下是解决此类问题的最好办法，但大多情况，往往需要远大于API标准规定的钢级和壁厚的管材，受管材加工工艺和施工工艺的限制，基本很难实现。
采用恰当的固井方式：如果条件允许，可以采用全封固井方式解决该问题（确保有很好的固井质量），但由于深水水下井口特点限制，容易产生多余水泥浆堵塞井口头的风险，从而造成井口环空密封失效，不具备操作性。此外，深水浅部固井漏失风险非常大，如果地层存在漏失，即使附加量足够也可能由于地层漏失而造成上部环空无水泥浆无法全封固井的结果。此外，可将固井水泥浆返至上层套管鞋以下，该种方法在固井过程中，控制水泥浆返高低于上层套管鞋，热传递发生时，环空流体可以通过上层套管鞋流入地层中，此方法在条件允许情况下可行，但也需要承受较大的风险，如尼日利亚AKPO油田在20”表层套管以下有油气层，使用该方法风险极高。
采用尾管井身结构：采用尾管井身结构可以通过下入尾管很好的解决了其中相应套管环空压力上升问题，但受套管强度及井身结构限制，不可能每层环空之间都以下入尾管的方式规避，所以该种方法只能在特殊条件下解决某个环空压力上升的问题。
可压缩泡沫技术：可压缩泡沫技术是通过特殊的可压缩合成泡沫包裹在需要克服压力上升而采取措施的管材上，当密闭的空间内压力上升到一定数值时，合成泡沫开始变形，增加环空空间从而吸收压力的方法。
注入可压缩气垫：通过在密闭环空空间注入惰性气体，如氮气，原理与可压缩合成泡沫技术原理相同，都是通过增加密闭环空的空间而达到吸纳多余压力的目的。注入可压缩气垫是较为理想的解决生产初期压力上升的技术方案，但实际操作难度非常大，如何注入氮气是其最关键的部分，势必会因为大大增加作业周期而产生高昂的作业费用。
在套管上安装压力释放装置：该种方法是通过在套管上按照一个破裂盘，当内压或者外压达到套管破裂或者挤压变形前，破裂盘爆破从而释放密闭空间的压力。该种方法可以避免压力上升而损坏套管。在套管上安裝压力释放装置也有一定的局限性，由于要确保井的完整性，该方法只能用在靠外层的管材上，同时对破裂盘技术参数要求非常高。
2 尼日利亚A油田环空压力管理办法
尼日利亚A油田发现于2000年，是在OML130区块钻获的世界级重大深水发现之一。该油田距尼日利亚海岸线200 km，所处海域水深在1200 m至1400 m之间。油田的开发方案主要包括44口井，其中有22口生产井，20口注水井和2口注气井。AKPO油田地温梯度大约是墨西哥湾地温梯度的两倍，所以该区域油田开发过程中环空压力增加的问题更为突出。
由于深水开发成本非常高，往往一口井钻井费用就达几千万美金，采用的任何技术都要确保安全可靠，为了达到此目的，该油田采用了多种环空压力管理办法：
尾管固井技术，AKPO油田所有井在生产初期都存在多个套管环空憋压问题。为此，作业者优化了井身结构，将27.31 cm套管优化成尾管，同样可以满足套管校核要求，这样减少了一层环空压力管理
问题。
套管破裂盘技术，该技术主要是在存在挤压变形风险的35.56 cm套管的外层50.80 cm套管上安装套管破裂盘，套管破裂盘安装在外层套管上，用于保护内层套管，其原理为当环空压力大于一定值时，滑行块下行致使破裂片破裂，使内环空压力释放至外环空，从而保护内层套管不受损坏。
可压缩泡沫技术，将可压缩泡沫安装在14”套管外壁并固定与套管一起下入井中，当密闭空间压力上升时泡沫开始压缩从而释放空间，到达降低环空压力的目的。
AKPO油田目前已经投产近2年时间，所有井情况良好，未发生套管破裂事故。
3 结语
针对深水钻井环空压力管理难题，目前研究出了多种环空管理技术，其中尾管固井技术、套管破裂盘技术和可压缩合成泡沫技术在尼日利亚ML130区块A油田深水井中得到了应用，获得了良好的应用效果和经济效益。
深水油气田生产作业中，为有效解决套管环空压力问题，往往组合应用多种环空管理技术。为更好满足生产需求，还需进一步开展井口防压装置的研制等工作。
参考文献
[1] 高宝奎.高温引起的套管附加载荷实用计算模型[J].石油钻采工艺，2012，24（1）：8-10.