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发表:03/10/2016
发表:03/10/2016
高压的名称, 高温井是为作业者和服务公司提供极端条件的井. HPHT这个术语可以应用于只有高压或高温的井，很少有井同时具有这两种特征，但不管名称如何, 高温高压井要想取得成功，就必须解决这些特殊的挑战. 这些挑战包括油井建设和生产的各个方面, 这就要求作业者和服务公司采取与非高温高压井截然不同的方法. 这些方法取决于所遇到的压力和温度水平. 在确定了预期的压力和温度之后, 可以制定指导方针和操作方案来进行演练, 评估, 完整、安全地生产碳氢化合物.
一项石油业研究估计，在这100多起事故中,2012年，全球共钻了1000口井, 约1.5%应归为HPHT. 虽然数量相对较少, 这些井通常具有巨大的资源潜力，并且通常位于正在进行新视野勘探的区域.
多年来，不同公司对HPHT的定义有所不同. In 2012, 美国石油协会(API)试图通过发布高温高压作业中使用的设备指南来统一公认的术语和分类. API技术报告1PER15K-1 高压高温设备的验证和确认规程 将高压井定义为压力大于15,000 psi [103 MPa]; a well that has temperatures above 350°F [177°C] is considered high temperature. API操作标准涉及设备的设计规范, 用于高温高压作业和井控完井硬件测试的可接受材料，以确保安全, 适宜性和完整性. 根据API的公告，有三个额外的标准使一口井符合高温高压等级:
斯伦贝谢在考虑设计部件(如弹性密封件)热稳定性的基础上，进一步定义和分类了高温高压的规格。, 电子设备的适用性和硬件的压力等级(图1).
图1. 斯伦贝谢高温高压分类系统. 该分类系统基于压力和温度边界，反映了斯伦贝谢使用的常用组件的稳定性极限, 包括电子产品, 五金及密封元件. HPHT-hc分类定义了油气井中不太可能出现的环境, 尽管地热井的井下压力可能超过500华氏度，一些深水井的井下压力超过35华氏度,000 psi.
钻工通常是第一个掌握井下压力的人, 特别是孔隙压力——储层岩石孔隙内流体的压力. 孔隙压力随着深度的增加而增加，因为地层必须支撑其上方的覆盖层(图2)。. 孔隙压力遵循压力梯度，即孔隙压力随深度的增加速率，在不同的地质特征中会迅速变化. 在钻井过程中防止地层流体进入井筒, 工程师使用加重钻井液. 钻井液在井筒中产生的静水压力会抵消地层孔隙压力，防止流体流入. 因此，钻井人员必须在钻进地层之前预测孔隙压力.
图2. 压力梯度. 静水压力梯度(黑线)，假设海水为0.43 psi/ft [9.79 kPa/m]; it follows a straight line. 静岩压力梯度(黑色虚线)代表实际井下孔隙压力，是流体的产物, overburden and abnormal pressures; it can change across geologic features such as faults and depleted reservoir zones. Underpressured reservoirs (blue) have pressure below the hydrostatic gradient; overpressured conditions (pink) have pressures above the hydrostatic gradient.
在确定“正常”井下孔隙压力时, 工程师通常使用基于海水重量的流体静力梯度来计算压力. 这样的井需要10层以上的深度,700 m [35,达到15英尺,000 psi高温高压阈值. 然而, 由于地质特征和变化的覆盖层力, 通常需要比正常压力梯度预测的更高的静水压力来克服储层孔隙压力. 在钻井高压井时，使用比海水泥浆重两倍以上的泥浆并不罕见. 超压的形成, 孔隙压力高于正常孔隙压力, 即使在浅层也能存在吗.
目前正在钻探的超深井的深度可能超过10层,700 m, 静水压力可达207 MPa以上[30],000 psi). 钻井程序集, LWD工具, 电缆测井设备, 试井工具, 完井硬件和修井工具都暴露在这些极端压力下. 为了减轻高压的影响，设计工程师将重点放在冶金和密封上. 通常用于航空航天和核能的金属和合金已被石油和天然气工业所采用. 然而, 在油气应用中，这些材料的使用通常受到井眼尺寸的限制. 这对于深水井来说尤其如此，因为深水井会遇到一些最高的压力，测井和钻井工具必须承受极端高压，并且还要适合典型的超深井小井径. 用于密封元件的材料必须能抗极压密封, 经常在高温下, 它们可能必须经历多次压力循环而不会失败.
与井下压力相关的风险不仅存在于井下使用的设备. 当完成, 测试和生产作业在地面高压下进行, 对使用该设备的人员存在潜在的风险. 为了控制这种风险，确保井场作业安全进行, 工程师们使用的设备被设计成高于预期的最大压力. 整个系统的最大压力取决于全密封管柱中最低额定的组件. 确保使用适当的额定设备, 操作人员必须事先知道最大压力潜力.
压力控制要求直接影响设备工程和设计的选择. 压力设备的额定最大预期压力, 这些额定值决定了材料的选择和厚度, 弹性体的配置, 密封机构和压力控制部件. 确保操作能够安全进行, 设备在使用前在最大预期压力以上进行功能测试.
图3. 地球的地热梯度. 为了达到350°F的高温高温阈值(垂直绿线)和地球平均地热梯度为1.4°F/100英尺(红线), 一口井的深度大概是20英尺,000 ft [6,100米](水平绿线). 热梯度将根据地下条件而变化，通常不是如图所示的线性.
地球的地热梯度平均约为1.4°F/100英尺[2.55°C/100 m]. 在这个平均梯度下, 350°F的阈值要求井深超过19,700 ft [6,(图3). 然而，井下温度经常受到自然条件或外部因素的影响. 靠近局部地热热点可以迅速提高钻井时遇到的井下温度. 在非常浅的深度, 注蒸汽用于开采稠油可以大大提高井下温度. 在深水和超深水中钻探的井通常具有低于地球平均水平的地温梯度. 因此, 深水井的压力和温度通常都低于高温阈值.
高温缓解技术取决于操作类型和设备. 电缆和LWD工具使用的是专为高温环境设计的电子设备. 温度屏障，如杜瓦瓶可以放置在工具周围, 尽管时间限制限制了使用烧瓶工具可以执行的操作类型. 耐温弹性体用于工具的密封元件.
LWD工具的额定温度通常低于电缆作业工具. 因为钻井液在底部钻具组合中不断循环, 这些工具通常暴露在比地层温度更低的环境中. 在极端情况下, 钻井液在井下循环之前可以进行冷却，以保护敏感的底部钻具组合组件.
大多数高温井使用油基泥浆(OBM)系统钻井. 特殊的高温OBM系统已经开发出来，可以在高温下保持泥浆的流变性能. 使用OBM系统的一个权衡是OBM的热特性. 使用油基泥浆系统的井往往比使用水基泥浆系统的井具有更高的井下温度，因此可能会使井下工具暴露在高温下.
在高温高压条件下工作需要专门的设备、适当的工具和培训. Advanced planning is an important aspect of successful operations; modified operational procedures must often be employed to address HPHT concerns. 然而，在常规井中出现的错误可能会造成常规作业时间的损失, 防止高温高压操作对设备和人员造成灾难性后果需要格外的勤奋. 开发有效控制高温高压条件的工具的悠久历史，以及处理这些条件的经验，使油气行业能够在不断寻找新的碳氢化合物来源的过程中，将边界推向更深的深度和更热的井.
