高含硫气井安全的关键工艺技术研究

以临界应力百分比为基础的设计方法
J55和K55套管管体和接箍：临界应力百分比大于或等于 80%，安全系数大于或等于1/0.8=1.25；
本报告建议的井筒完整性管理应包括以下内涵： ① 井筒应保持物理上和功能上的完整性。所谓“物理上”是指无泄
漏、无变形、无材料性能退化、无壁厚减薄，“功能上”是指适应 开采或井下作业的腐蚀环境、压力及操作。 ② 井筒油管、套管及安全装置始终处于受控状态。可预测不同使用 期间能承受的极限载荷和极限服役环境，操作者应控制施工参数在 极限条件之内。当不可控制的因素可能导致井筒的某一关键节点失 效，可能危及环境与公众安全时应及时补救或有能力安全地封井废 弃井眼。
作法（正在编写标准草案，它将目前分散的技术标准在整个服役过程中
的安全管理集成为一个文件，便于执行和监督。待全部文本完成后， 再征求意见。
编制了井筒完整性管理流程、摸块和支持软件
编制了井筒完整性管理流程、摸块和支持软件
编制了井筒完整性管理流程、摸块和支持软件
对当前高酸性气井设计一些有争议问题的研究
专题一：已开展的专题研究工作
（1）已开展的专题研究工作 编制了井筒完整性管理流程、摸块和支持软件。
① 基于ISO 10400,11960标准的油套管强度研究 目前正从API 5C3向ISO 10400过渡， ISO 10400所强调的内压/外挤计
算方法正是高含硫气井应及时采用的。（完成） ② 基于环境断裂强度的油套管设计（完成，中国缺检测标准和方法）; ③ 硫化氢/二氧化碳气井油套管安全设计方法（完成）； ④ 钻完井及井下作业对油套管及水泥环伤害的控制（正在进行）； ⑤ 集成上述各项研究成果，编制高酸性气井筒完整性设计及安全管理的推荐
非酸性油气井抗内压安全系数
非酸性油气井抗内压安全系数推荐取1.0，主要考虑以下理 由：
计算内压力的大小时，已经考虑了生产套管所承受的最 大内压力情况。根据加拿大IRP1：2004 01标准，全井内 压力按井底压力的85%计算，不论高压井还是低压井均 足够安全和准确
套管抗内压强度计算公式，考虑了12.5%的壁厚公差， 抗内压强度值是偏保守的。
课题三
高含硫气井安全的关键工艺技术研究
研究工作进展汇报
汇报人：施太和
课题承担单位：西南石油大学 课题负责人：罗平亚
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专题一、井筒完整性及井筒本 质安全研究
专题一：井筒完整性及井筒本质安全研究 当前的紧迫问题
大量的油套管失效案例分析表明，几乎所有已失效的油套管在设计 和施工时都符合当时的设计标准，说明仅按API/ISO或GB/SY标准 设计的油套管不能完全保证在服役过程中的完整性。钻井、完井、 修井、井下作业的井喷或地下井喷会对人身安全、环境、资源造成 重大影响。与地血面管线或设备不同，井喷或地下井喷的控制手段 和能力有限。
井筒完整性管理的内涵
③ 建立一体化的技术挡案及信息收集、交接或 传递管理体制。许多套管失效是操作者不知道套 管或井下结构的技术数据，井下作业损伤套管或 使已损伤的套管演变成事故。
④ 建立具有针对性的失效分析、风险分析机制， 将油管、套管、各层环空的完整性管理和设计建 立在失效分析、风险分析的基础上。由于完整性 管理涉及的外载、套管、水泥环损伤或材料性能 退化等很难准确定量计算，因此设计或服役条件 要用到风险分析方法。
按内压计算安全系数不满足要求，API 5C3, ISO 10400 允许用三轴应力计算，按三轴校核可能就满足要求。
三轴应力计算
酸性油气井抗内压安全系数
① 加拿大的推荐作法 参照加拿大酸性油气井套管和油管设计推荐作法《Directive 010 –
Draft for Consultation July 26, 2007 Minimum Casing Design Requirements》。 对符合ISO 15156-2的油套管，如果仅按内压设计与校核时，根据二 氧化碳、硫化氢的分压确定合理的安全系数值。二氧化碳分压 CO2>2000 kPa和硫化氢分压H2S≤500 kPa时，抗内压安全系数应大 于1.35。硫化氢分压H2S>500 kPa时，没有见到应该取多大的抗内 压安全系数值。
1. 油套管设计安全系数及设计方法 API和ISO原则上只规定油管和套管的强度和技术性能，对设计安全
系数不作规定。设计安全系数及载荷计算方法在很大程度上决定于 经验、具体工作环境和风险评估，一般由企业或地区性法规自己去 决定。 油管和套管的抗内压、抗挤强度计算方法和标准目前正在转型期， 即从API 5C3转变为ISO 10400。ISO 10400提供的抗挤强度比API 5C3计算结果可大到30%以上。按爆裂计算抗内压强度也比API 5C3 的高10—25%或更能反映实标的失效模式。将制造质量（缺陷）对 强度性能的影响列入标准。
深层碳酸岩地层，地质结构复杂，地层压力和流体组份难预测准确， 井喷不可能绝对完全避免。
技术法规，标准欠完备，需要尽快完备。技术法规，标准是安全生 产监督的依据。
井筒完整性管理 涉及密封宪整 性和结构完整 性
可能的泄漏点多
控制手段有限
硫化氢泄漏危害 大
井筒完整性管理的内涵
挪威石油工业协会NORSOK D-010标准将井筒完整性定义为：采 用有效的技术、管理手段来降低开采风险，保证油气井在成功废弃 前的整个开采期间的安全。
国外井筒完整性管理的相关标准、法规及作法
一些国家政府的安全机构，国际标准化组织或石油公司 推出了井筒完整性管理的相关标准、法规及作法，并在 遂步的完善过程中。SPE推荐了井筒完整性管理的相关 标准、法规及作法，例如 1）NORSOK D-010, “Well Integrity in Drilling and Well Operations, Revision 3, August 2004” 。 挪威国家石油公 司“钻井和井下作业中的井筒完整性”，2004年第三版。 2）API RP 90： “Management of Sustained Casing Pressure on Offshore Wells”。API RP90“海上油气井套管环空带 压管理”。其余见p5。