本文通過詳細介紹得克薩斯州的一個井控案例研究，強調了早期干預對維護井筒完整性的益處。2024年12月，在一口可追溯至20世紀初、位于得克薩斯州歷史上高產油田的傳統油井上，成功完成了一項復雜的井控作業。該作業突顯了井筒完整性管理的重要經驗教訓，并揭示了成熟油田中老化基礎設施所固有的挑戰。在初步的地表干預措施被證明無效后，Wild Well Control公司通過動態壓井作業，利用先進的工程技術、多相流模擬和深厚的操作專業知識，重新控制住了該井。
初始狀況
該井最初于20世紀20年代鉆成，因此經歷了一系列事件，最終導致了井屏障系統的機械故障。在該井的早期階段，據報道，在大蕭條時期，大約500英尺的表層套管被拆除以回收金屬。由于井齡較長，歷史記錄不完整，導致數據準確性存在重大不確定性，給現代干預技術帶來了操作挑戰。
事故井鉆深約1600英尺，采用2?英寸單油管完井管柱完井。該井通過CO?氣驅機制作為產油井完井。油田的地質特征帶來了獨特的挑戰，包括廣泛連通的裂縫網絡，利用CO?氣頂將產油層抬升至地表。地質裂縫性層位帶來了操作挑戰，包括主要井屏障的喪失以及在鉆井和干預作業期間顯著的流體循環漏失。該井持續生產了六十多年，后來被轉換為觀察井。
事故評估
在一次例行現場巡視中，作業公司的生產監督人員觀察到氣體和水從井坑中逸出。這種無控制釋放含有硫化氫（H?S），形成了有毒氣團，需要建立隔離區并使用專門的個人防護裝備（PPE）規程才能安全進入現場。
圖1. 井噴期間的井口狀況。
Wild Well Control的人員被迅速調動起來，開始進行控制努力并進行全面的井場評估。初步評估確定流體源自生產套管外部，證實了井的屏障系統完全失效。因此，該井被歸類為井控嚴重性三級，這表明完全失去了控制，并開始出現井噴狀況，圖1。
策略與作業
第一階段：地表壓井嘗試。 在完成初步現場評估后，Wild Well Control的團隊制定了初步計劃。干預策略側重于通過地表壓井作業恢復靜液壓控制。Wild Well Control協調了設備的調動，包括作業者常用的1000桶壓井液和完井鹽水（10 ppg），兩者都額外補充了500桶含有碳酸鈣堵漏材料的固體泥漿。額外部署了泵車以確保操作冗余，并在整個壓井過程中保持連續的流體輸送。流體量和泵車的部署以作業者的現場經驗為指導，利用易于獲取的資源來支持典型的低壓壓井作業。
第一次壓井嘗試取得了部分成功，暫時降低了流速；然而，由于流體量不足，未能阻止井噴。該作業證實了流體大量漏失到裂縫性地層系統中，漏失速率顯著超過了作業者現場人員根據鄰井數據得出的初步估計。第一次嘗試的操作參數被仔細記錄和分析，為后續的壓井策略提供信息，并結合了主要發現和經驗教訓，以優化未來的干預工作。
第二次壓井嘗試。 隨著井口采油樹開始傾斜，出現了結構完整性受損的早期跡象。作為應對，加快了第二次壓井嘗試，以便在進一步惡化威脅到完全失去地表通道之前進行干預。這次嘗試采用了更高的泵速和更大的流體量，產生了有希望的跡象，例如地表泥漿返出和顯著降低的流速。然而，作業期間的機械設備故障導致計劃外停工，最終未能成功完成壓井。
第二階段：操作挑戰與重新評估。 在壓井嘗試之間，發生了顯著的井口沖蝕和地面沉降，導致井口總成傾斜，妨礙了安全操作閥門。井況的這種結構變化需要對干預策略進行重新評估。作為應對，作業團隊啟動了通過救援井進行井噴恢復的并行規劃，同時使用先進的多相流模擬評估在新改變的井況下進行動態壓井的可行性。
圖2. 最壞情況下水平釋放情景的隔離區評估示例。
第三階段：動態壓井執行。 經過七天的準備和規劃，Wild Well Control使用基于多相模擬建模得出的工程參數，成功執行了動態壓井作業。
鍵操作參數：
壓井液密度：12.5 ppg，添加堵漏材料。
作業站位距離：距井口1000英尺，以確保人員安全。這1000英尺的區域是基于隔離區評估確定的，使用了Wild Well Control內部人員完成的氣體擴散分析，圖2。
設備冗余：四臺泵車（100%備用能力）。
流體量：計算需求量的兩倍。
執行順序
診斷性泵注。為了準確確定生產套管內的漏失路徑，在開始泵注作業之前進行了示蹤劑流體注入。這一診斷步驟對于驗證現有流動路徑和確保工程模型與現場實際條件保持一致至關重要。該程序證實了流動的連續性，這一點通過示蹤劑流體幾乎立即通過井噴流返回得到證明。這些結果增強了模型假設的可靠性，并在全面作業開始前提供了必要的確認。
壓力管理。泵注計劃旨在建立必要的井底流壓，以超過井噴區內的孔隙壓力。初始壓井速率設定為每分鐘3桶，以驗證流動路徑的完整性并防止潛在的堵塞。基于模擬壓力響應和觀測壓力響應的比較，速率逐漸增加至約每分鐘10桶。為保護井的機械部件，地表壓力被限制在1500 psi。泵速逐步分段進行，以穩定井底壓力，同時考慮到井口閥門的低壓額定值，確保整個操作過程的安全。
圖3. 動態壓井敏感性示例。
流量監測。 在整個作業過程中，持續監測通過生產套管和油管的雙流動路徑，以便在井底壓力接近靜儲層壓力時能夠快速干預。這種積極主動的方法確保了能夠及早發現和應對任何可能危及操作成功的流動路徑異常。
多相模擬使得能夠開發一系列與井下流體通道相關的場景，實際操作參數落在所分析案例的范圍內。進行了敏感性分析，以評估井噴混合流體密度的變化——這是井噴壓井評估中一個固有的不確定參數，圖3。該混合密度在動態壓井作業中計算靜液壓和摩擦壓力時起著關鍵作用，因為它反映了壓井液和井噴流體的綜合特性。準確估算該密度對于有效的井控規劃和執行至關重要。
完成作業
在泵注750桶壓井液后，實現了完全停止流動。通過3小時的監測期確認了井的穩定性，隨后使用抗CO?水泥和擠注技術成功進行了固井作業，圖3。這個案例強調了積極主動的井筒完整性計劃至關重要——特別是對于成熟油田中的傳統資產。缺乏結構化的監測規程導致在發現問題之前，存在一段未檢測到的無控制流動期。關鍵作業期間設備的可靠性問題進一步凸顯了嚴格質量控制和預防性維護的必要性，尤其是在成熟油田作業典型的成本敏感環境中。此外，多相流模擬的成功使用實現了動態壓井程序參數的精確優化，從而展示了先進工程技術在管理復雜井控場景中的價值。
這一復雜井控事件的圓滿解決表明，即使是嚴重受損的傳統老井，也可以通過嚴格的工程分析和執行來安全地管理。該作業還凸顯了積極主動的井筒完整性管理相對于被動緊急干預的優越性——無論是在有效性還是成本效益方面。建立井控風險管理程序或全面的井筒完整性管理框架對于創建穩健的井審計和數據庫至關重要。這樣的系統使作業者能夠系統地解決完整性問題，并加強整個油氣作業的整體風險管理。
這些計劃應以結構化的方式制定，以支持對井部件地表和井下機械完整性的標準化評估。在此評估之后，應實施有針對性的風險管理策略，根據井的完整性狀況對其進行優先排序，從而加快對高風險資產的干預工作。
負責監督成熟油田的作業者必須優先考慮實施全面的井筒完整性計劃，該計劃應包含定期監測、預防性維護和應急計劃。這種積極主動的方法對于最大限度地減少無控制釋放事件的可能性并確保持久的作業安全至關重要。
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