技术赋能全链管控

——长庆油田构建全周期CCUS井筒完整性管理体系综述

2026年07月31日 字数:3006
  ●本报记者赵津萱 通讯员 王在强 张雄涛
  7月7日清晨,采油五厂黄3区一口二氧化碳注入井旁,巡检人员打开井口数据界面,注入压力、套压、温度等参数实时刷新。地面上,井口装置安静运行;地下深处,二氧化碳正沿着井筒进入油藏,在微小孔隙间驱动原油,也在地层中逐渐实现封存。
  看似平静的一口井,承载着一项低碳工程的安全底线。
  在CCUS工程中,二氧化碳要经历捕集、输送、注入、驱油、循环利用和地质封存等多个环节。对于油田现场来说,注入井既是二氧化碳进入地下的“通道”,也是防止其异常窜流和泄漏的第一道关口。
  截至目前,长庆油田已在14个区块推进CCUS试验与工业化应用,建成年注入能力70万吨的工程体系,累计注入二氧化碳120万吨以上。其中,黄3区CCUS国家级示范工程累计注入二氧化碳39万吨以上,成为长庆油田探索低渗透油藏二氧化碳驱油与封存的重要阵地。
  规模越大,问题越具体。二氧化碳能不能注得进去,关系到开发效果;能不能封得住,关系到工程安全;能不能管得久,关系到CCUS长期运行的可靠性。井口、油管、封隔器、套管、水泥环、环空保护液、地层界面,任何一个环节出现薄弱点,都可能影响整个工程的安全性和长期有效性。
  这正是长庆油田探索CCUS井筒完整性体系建设的价值所在。
  看 清 风 险一口井有了“体检表”
  过去谈CCUS,人们更多关注“能注多少碳”“能增多少油”。在长庆油田随着项目从试验走向扩大应用,另一个问题变得越来越重要:二氧化碳注下去以后,怎么确保它按照设计路径进入油藏,而不是沿着井筒、水泥环微缝或环空异常通道上窜?
  所谓CCUS井筒完整性,不是简单地把井口拧紧、把管柱下牢,而是围绕一口井从设计、钻完井、注入运行、监测维护到停注封井的全过程,系统保障井筒承压能力、密封能力、防腐能力、作业可达性和流体可控性。通俗地说,就是让这口井始终做到“该通的地方通,该封的地方封,该承压的地方承得住”。
  二氧化碳有自己的“脾气”。在一定温压条件下,它易与水形成碳酸环境,对金属管柱、水泥石和密封材料进行腐蚀,因此也对其提出更高要求。对于低渗透油藏,注入压力波动、地层应力变化、长期交变载荷,也会考验水泥环和地层界面的密封能力。
  一口注入井的风险,往往藏在看不见的地方:油管螺纹是否长期气密封,封隔器胶筒是否耐受二氧化碳腐蚀和压力波动,水泥环是否存在微裂缝,套管外壁是否受到环空介质腐蚀,环空压力变化背后是否暗示着微渗通道。
  长庆油田将这些问题纳入一套完整的“井筒体检表”。从井口装置到井下管柱,从固井质量到环空保护液,从材料防腐到压力监测,每一个部件、每一道屏障都有对应的评价指标和管控要求。
  “过去是发现异常再处理,现在要把风险识别前移。”油气工艺研究院井下作业与工具研究所王在强形象地说,CCUS井筒完整性管理,就是给地下“碳流”装上多道安全门,让二氧化碳进得去、留得住、查得清、控得稳。
  控 住 套 压一根连续管减少泄漏点
  井筒完整性最难的地方,在于风险往往不是肉眼可见的大裂缝,而是毫米级甚至更细微的通道。
  水泥环与套管之间、水泥环与地层之间,一旦出现胶结不良或微环隙,二氧化碳就可能沿着薄弱界面运移。封隔器密封性能下降,可能造成油套连通;管柱腐蚀穿孔,可能引发套压异常;环空保护液性能不足,也会削弱对套管和油管外壁的防护。
  更现实的难题来自传统注气井完井工艺。常规油管完井连接点多、密封环节多,在长期二氧化碳注入环境下,螺纹连接、封隔器密封、环空带压等问题更容易暴露。
  面对这些隐蔽风险,长庆油田没有把井筒完整性当作单一设备问题,而是以系统思维推进管柱、工具、材料、监测、施工组织协同攻关。
  在盐309区块,长庆油田部署盐气1井、盐气3井、盐气4井、盐气6井等4口注气井,采用大通径连续油管注气完井工艺,建成长庆油田首个连续油管注气完井平台。该平台采用规格60.3毫米耐蚀合金连续油管作为注气核心管柱,一体化、无接箍的管柱结构,减少了传统螺纹连接带来的泄漏风险,也为分布式光纤监测、精准吸气剖面测试等后续动态监测预留了空间。
  与管柱配套的,是自主研制的新型高效气密封封隔器和连续油管专用坐封球座。通过优化材料与结构设计,井下工具的可靠性和长期密封稳定性进一步提升,相当于为地下“碳仓库”加装了一道更加可靠的“密封锁”。
  “首个CCUS连油注气完井平台的建成投运,提升了注采工艺的技术水平,为连续油管注气完井扩大试验积累了丰富的施工经验,对长庆油田实现注入井全生命周期安全注气、打造CCUS特色技术及品牌工程具有里程碑的意义。”油气工艺研究院技术负责人吕伟说。
  围绕连续油管注气完井技术,长庆油田已申报国家发明专利4项、实用新型专利1项、发布技术标准1项,为CCUS注入井井筒完整性控制提供了可复制、可推广的“长庆方案”。
  管 住 长 效每口井都有一本“安全账”
  对CCUS工程来说,新井要建得稳,老井转注更要看得准。
  长庆油田部分CCUS注入井由老井转注而来。过去这些井用于采油、注水或其他生产任务,井史长、作业次数多、井况差异大。它们在原有生产条件下可能运行正常,但并不意味着一定适合二氧化碳注入。一旦固井质量、套管状况、封隔器密封、防腐能力等基础条件没有评价清楚,就可能把原本隐蔽的井筒风险带入CCUS注入阶段。
  为解决这一问题,长庆油田把井筒完整性评价前移到方案设计和转注决策阶段——
  在设计端,针对二氧化碳注入井工况,优选气密封管柱、耐腐蚀材质、防腐水泥体系和可靠封隔器组合,把防腐、防窜、防压失效要求前置到方案设计阶段。在施工端,严控固井质量、管柱连接、封隔器坐封、井口试压等关键工序,确保每一道井筒屏障在入井之初就达到设计要求。在运行端,重点监测注入压力、油套压、环空压力、温度变化和注入量变化,一旦出现套压持续恢复、压力异常波动等苗头,技术人员就可以通过泄压恢复测试、环空液面测试、气体组分分析等方式,判断异常来自管柱、封隔器、套管,还是水泥环和地层界面。
  这套体系让每一口井都有风险画像、运行边界和处置预案。从“出了问题再处理”到“发现苗头就预警”,长庆油田正在把井筒完整性管理从事后治理推向事前预防、事中监测和闭环处置。
  井筒完整性不仅是“防得牢”的安全问题,也是CCUS工程的效益问题。井筒稳,注入制度才能稳;封隔可靠,二氧化碳才能更多进入目标油层;环空受控,现场才能减少非计划停注和维护作业。安全屏障越可靠,绿色低碳工程的经济账才越算得清。
  随着长庆油田CCUS从先导试验走向扩大应用,单靠经验盯井已经难以适应规模化发展需要。注入井不再只是井号和报表上的一串数据,而是拥有完整生命周期档案的“数字对象”。设计参数、完井结构、固井质量、管柱材质、封隔器型号、试压结果、腐蚀监测、环空压力、历次作业记录等信息逐步汇集,成为判断井筒状态的基础资料。
  从“人找数据”到“数据找风险”,长庆油田的井筒完整性管理方式正在发生变化。更深层的变化,是管理理念的转变。CCUS工程不是把二氧化碳注入地下就结束了,而是要回答长期安全的问题。井筒完整性体系把地质、钻完井、采油工艺、地面工程、安全环保、数字化管理等专业串联起来,让多专业围绕同一口井、同一套风险指标协同工作。
  如今,长庆油田CCUS技术已从单点试验迈向规模化布局。二氧化碳在地下驱动原油,也在推动油田开发方式向绿色低碳转变。而井筒完整性体系,就像这项工程的“地下安全证书”,证明每一吨被注入的二氧化碳,不只是进入地层,更是在可监测、可评价、可管理的体系中安全运行。
  从“注得进”到“封得住”,从“防得牢”再到“管得久”,长庆油田正在为CCUS规模化应用补上一块关键拼图。