S-X6井溢流處理及壓井施工淺析

張國(guó)海，賀志榮

1.中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探長(zhǎng)慶石油工程監(jiān)督公司 （陜西 榆林 124010）

2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司工程技術(shù)管理部 （陜西 西安 710018）

井噴是危害極大的鉆井事故，井噴失控會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，使鉆井成本增加，油氣資源損失和受到破壞，嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人身安全等[1]。溢流是指當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥诰矇毫r(shí)，地層中的流體不斷流進(jìn)井筒推動(dòng)井內(nèi)鉆井液外溢的現(xiàn)象。溢流如發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)造成井涌，如果井涌情況控制不得當(dāng)，則極易造成井噴。所以，溢流的發(fā)現(xiàn)和控制是鉆井過程中一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。發(fā)現(xiàn)溢流后，應(yīng)立即關(guān)井，并馬上進(jìn)行壓井作業(yè)，在井筒內(nèi)建立鉆井液液注壓力來平衡地層壓力，以此來控制溢流情況的進(jìn)一步惡化。通過對(duì)S-X6井溢流伴漏失的處理，總結(jié)出了一些處理此類情況的經(jīng)驗(yàn)得失，對(duì)同類井有一定借鑒意義。

S-X6井是部署在陜西省榆林市榆陽區(qū)孟家灣鄉(xiāng)的一口開發(fā)井，井型為常規(guī)定向井。是叢式井井組中的第6口井，設(shè)計(jì)井深3 191.67m，完鉆層位馬家溝第6層、第6小層。該井于2013年7月3日開鉆，套管結(jié)構(gòu)：表套311.2mm×400m+技套244.5mm×400m，2013年 7月 16日打開氣層，井深 2 492m，監(jiān)督住井，2013年 7月 26日完鉆，完鉆井深3 191.67m，完鉆層位馬家溝。

S-X6井在2013年 7月 26日 17：34完鉆循環(huán)過程中發(fā)生溢流，鉆井監(jiān)督立即要求關(guān)井觀察，鉆井液入口密度為1.18g/cm3，出口密度為1.12g/cm3，全烴值 80×104mg/L,套壓 1.12MPa，立壓 1MPa。 現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備40m3密度1.20g/cm3重漿、重晶石30t、石灰石40t。17：40鉆井監(jiān)督向建設(shè)方和監(jiān)督部匯報(bào)險(xiǎn)情。18：40建設(shè)方和監(jiān)督部到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)研究處理方案，18：00至 18：50套壓由 1.12MPa升至 2.9MPa立壓1MPa，決定節(jié)流循環(huán)壓井。

1 溢流處理過程

1）駐井監(jiān)督上報(bào)井上溢流情況后，由監(jiān)督部和甲方工程組成員組成的井控應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組立即趕往現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況共同協(xié)商決定繼續(xù)關(guān)井觀察，同時(shí)做好有毒有害氣體監(jiān)測(cè)。2013年7月26日22：10組織壓井，根據(jù)井筒壓力情況計(jì)算壓井液數(shù)據(jù)，配置140m3密度1.25g/cm3的加重鉆井液，開泵泵壓為1.2MPa，套壓為2MPa，進(jìn)行節(jié)流循環(huán)壓井。節(jié)流循環(huán)至2013年7月27日凌晨2：30，入口密度為 1.25g/cm3，出口密度為 1.25g/cm3，無氣體溢出，套壓為0。但由于井隊(duì)更換水龍頭由任被刺壞的密封圈。待密封圈更換完畢后，再次關(guān)井觀察，4：30套壓上升到2.5MPa時(shí)，出現(xiàn)井漏現(xiàn)象，漏失量7m3/h，節(jié)流循環(huán)泄壓，在重漿中加入堵漏劑，為防止井漏進(jìn)一步惡化，出現(xiàn)更大險(xiǎn)情，決定節(jié)流循環(huán)泄壓，第1次壓井失敗。

2）2013年7月27日16：30配備加重泥漿密度為1.28g/cm3并適量加入堵漏材料，于17：00開始節(jié)流循環(huán)壓井，節(jié)流套壓 1.5～2MPa，立壓 0～3.5MPa，排量0.9m3/min，在配漿罐中配置密度為1.28g/cm3，開始入口密度為1.28g/cm3，循環(huán)至21：00，出口密度為1.21g/cm3，全烴值不降，保持在90×104mg/L以上的，無有毒有害氣體，判斷第2次壓井失敗。

3）2013年7月28日井控應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作重新研究，制定壓井方案。坐崗檢查無漏失，決定繼續(xù)加重漿，加隨鉆堵漏劑節(jié)流循環(huán)壓井，泥漿密度提至1.32g/cm3，于0：30開始節(jié)流壓井，始終保持入口密度為1.32g/cm3，共配液300m3。節(jié)流套壓2MPa，立壓 4.5MPa，循環(huán)至 4：00 出口密度為 1.18～1.20g/cm3，除氣后為 1.30g/cm3，繼續(xù)循環(huán)至 5：30 出口密度不變,總烴值始終不降,仍然保持90×104mg/L,無有毒有害氣體，判斷第3次壓井失敗。

4）2013年7月28日5：30繼續(xù)加重漿，將泥漿性能提升至1.35g/cm3，于6：00開始?jí)壕?，循環(huán)過程始終保持入口泥漿性能1.35g/cm3，共配置加重漿300m3，節(jié)流套壓為 2MPa，立壓為 6MPa，當(dāng)循環(huán)至10：00出口密度為1.22～1.24g/cm3，當(dāng)除氣后密度為1.34g/cm3，繼續(xù)循環(huán)至13：00，出口泥漿性能能不變，總烴值始終不降，保持90×104mg/L不變，無有毒有害氣體，判斷第4次壓井失敗。

5）2013年7月28日13：00經(jīng)井控應(yīng)急小組討論決定繼續(xù)加重，保持入口密度為1.38g/cm3，13：30開始?jí)壕?，循環(huán)時(shí)加隨鉆堵漏劑，共配液300m3，節(jié)流套壓為2MPa，立壓為6MPa，循環(huán)至17：00出口泥漿密度為1.26～1.28g/cm3，除氣后為1.37g/cm3繼續(xù)循環(huán)至20：00，泥漿性能能不變，總烴值始終不降，保持90×104mg/L不變，無有毒有害氣體，判斷第5次壓井失敗。

6）2013年7月28日20：00經(jīng)討論繼續(xù)加重泥漿，循環(huán)時(shí)加隨鉆堵漏劑，節(jié)流循環(huán)保持入口密度為1.40g/cm3，節(jié)流套壓為 1.5MPa，立壓 6.5MPa，節(jié)流循環(huán)至22：00發(fā)現(xiàn)漏失，漏速20m3/h，采取降柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，降套壓為 1MPa，立壓 3.5MPa，漏速為 10m3/h，節(jié)流循環(huán)至 23：00，出口泥漿密度為 1.32～1.34g/cm3，除氣后密度為1.38g/cm3，總烴值90×104mg/L以上，無有毒有害氣體，漏速下降為5m3/h，繼續(xù)節(jié)流循環(huán)至2013年7月29日6：00，出口泥漿性能不變，總烴值始終不變，保持90×104mg/L不變，無有毒有害氣體，漏速保持5m3/h，判斷第6次壓井失敗。

7）經(jīng)井控應(yīng)急小組討論認(rèn)為：經(jīng)過六次壓井，壓井重漿密度從1.25g/cm3逐步調(diào)整至1.40g/cm3，未能將井底氣層壓住，井底氣層壓力異常高壓。在第6次壓井過程中出現(xiàn)井漏，判斷為劉家溝組漏失。泥漿比重1.40g/cm3已達(dá)到地層承壓極限壓力，不能繼續(xù)加重。一旦出現(xiàn)大量漏失，井口勢(shì)必將失控。經(jīng)井控應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組討論決定注水泥填井。

2013年7月29日11：30準(zhǔn)備打水泥填井時(shí)發(fā)現(xiàn)卡鉆，決定強(qiáng)行固井。11：44開始打水泥前置液0.5m3，11：45 注水泥，11：47 工作壓力為 2MPa，11：49為 2MPa，11：51 為 5.5MPa，11：52 為 4MPa，11：53 為3.8MPa，11：56 為 2MPa ，12：00 排量 1m3/min，工作壓力2MPa，12：34開始頂替，頂替量18m3。固井水泥42.7m3， 最大泥漿密度 1.92g/cm3， 最低 1.85g/cm3。12：45 固井結(jié)束，封固井段 2 466～3 191m。 13：00 開始倒扣懸重42t，發(fā)現(xiàn)鉆具突然解卡，但因鉆桿扣已經(jīng)基本倒開，剩余鉆具落井，為降低損失決定重新對(duì)扣。13：45對(duì)扣成功，上提懸重增加108t，現(xiàn)場(chǎng)判斷解卡成功。14：00至16：00起鉆25柱循環(huán)替出上部水泥漿。 全烴值由40×104mg/L降至10×104mg/L，至19：00 全烴值又升至 50×104mg/L。22：00 全烴值升至80×104mg/L，入口泥漿密度為1.42g/cm3,出口密度為1.35～1.38g/cm3,22：30 關(guān)井觀察 20min 套壓 0MPa,立壓0MPa.經(jīng)協(xié)商無回壓節(jié)流循環(huán)，循環(huán)至2013年7月30日6：30,在此期間每隔20min開井活動(dòng)鉆具（避免發(fā)生卡鉆）,入口泥漿密度保持為1.40g/cm3,出口密度為 1.33～1.34g/cm3,2013年 7月 30日 6：30關(guān)井觀察20min套壓0MPa,立壓0MPa。7：30開井循環(huán)，入口密度為1.40g/cm3，出口密度為1.34g/cm3,全烴值80×104mg/L，現(xiàn)場(chǎng)判定固井封堵失敗。第7次壓井失敗。

8）2013 年 7月 30日 8：30關(guān)井觀察套壓在0.3～1.5MPa 之間，觀察至 10：30 進(jìn)行節(jié)流循環(huán)，入口泥漿密度為1.41g/cm3，出口密度為1.20g/cm3，泵壓9MPa，套壓 0.3～1.0MPa，全烴值 3×104～6×104mg/L 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)井控應(yīng)急小組決定實(shí)施第2次固井填井封堵，為安全起見決定埋入鉆具500m，節(jié)流循環(huán)至17：13打開封井器下入8根鉆桿至2 466m，關(guān)井節(jié)流循環(huán)，泵壓 9MPa，套壓 0.2MPa，循環(huán)至 21：00 開井循環(huán)，入口泥漿密度為1.41g/cm3，出口密度逐漸升至1.40g/cm3，已達(dá)到進(jìn)出口密度平衡，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)井控應(yīng)急小組決定，將井中全部鉆具起出，下入光鉆桿進(jìn)行固井封堵，23：20起鉆至 2013年 7月 31日 6：00全部起鉆完畢，10：35下入鉆桿86柱，開泵循環(huán)，入口密度為 1.41g/cm3，出口密度為 1.40g/cm3，11：35 開始注水泥作業(yè)，注入前置液 4m3，工作壓力2MPa，排量1m3/min， 水泥漿密度為 1.89g/cm3，12：03 注水泥完畢， 注入水泥 20m3（35t），12：25 替漿完畢， 替量24m3。起鉆26柱關(guān)井，封固井段1 966～2 466m。關(guān)井后8h內(nèi)套壓一直為零，判斷第2次水泥封堵成功。第8次壓井成功，險(xiǎn)情排除。

本井是此井組的第6口井，前5口井完鉆都沒有出現(xiàn)復(fù)雜情況，但由于地層發(fā)育的原因，該井在馬五6層位變薄，同樣的垂深上實(shí)際已經(jīng)打開了馬五7層，并且此地層出現(xiàn)了異常高壓，井上人員配置的鉆井液密度不能達(dá)到平衡馬五7地層壓力的要求，造成了本次溢流情況的發(fā)生。

2 壓井施工作業(yè)

2.1 多次壓井失敗原因分析

1）本井下部層位異常高壓，后經(jīng)測(cè)算地層壓力達(dá)到41MPa，而上部劉家溝層位，承壓能力又較低，發(fā)生溢流時(shí)，已有輕微漏失，如此情況下給壓井施工帶來了很大難度。

2）首次壓井已基本成功，但由于更換水龍頭由任密封圈，耽誤了時(shí)間，鉆井液沒有得到充分的循環(huán)，地層流體侵入井筒污染泥漿，被污染的鉆井液未得到及時(shí)處理，進(jìn)而造成第二次壓井失敗。

3）自第三次壓井到第六次壓井已配置并泵入超過1 000m3鉆井液，正常情況下井內(nèi)受污染的鉆井液應(yīng)該已被處理干凈，但由于此井又漏又涌，壓井施工中井口回壓極難控制 （節(jié)流管匯節(jié)流閥控制），地層流體持續(xù)侵入，全烴值居高不下，導(dǎo)致壓井失敗。

4）帶鉆頭注水泥固井后起鉆，產(chǎn)生抽吸作用，造成地層氣體上竄或固井水泥受泥漿污染，造成第一次固井失敗。

2.2 壓井成功原因分析

1）本井下部馬五7層位異常高壓，上部劉家溝又有輕微漏失，在這種復(fù)雜的井筒環(huán)境中，井隊(duì)人員能及早的發(fā)現(xiàn)溢流并且駐井監(jiān)督能夠及時(shí)下達(dá)正確的指令，是沒有發(fā)生較大井控事故的關(guān)鍵。

2）井隊(duì)發(fā)生溢流情況后，甲方項(xiàng)目組和監(jiān)督部人員立即奔赴現(xiàn)場(chǎng)，與井隊(duì)人員協(xié)同組織壓井作業(yè)。駐井監(jiān)督協(xié)調(diào)各方起著串聯(lián)作用，加之對(duì)井上情況的了解，為井控應(yīng)急小組提出了不少合理化建議，加上井隊(duì)人員平時(shí)對(duì)設(shè)備保養(yǎng)到位，地面井控設(shè)備靈敏可靠，坐崗人員工作認(rèn)真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)全烴值升高，果斷關(guān)井，控制了地層流體的侵入，為下一步的壓井施工作業(yè)留有了足夠的空間，雖多次壓井失敗，但始終沒造成失控。

3）在第一次打水泥封堵失敗后，井控應(yīng)急小組成員立即認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到第一次打水泥封堵失敗主要是由于帶鉆頭打入水泥起鉆時(shí)有抽吸作用，造成封固失敗。在總結(jié)失敗原因后立即采取應(yīng)對(duì)措施，及時(shí)調(diào)整鉆具結(jié)構(gòu)，使得第二次打水泥封堵作業(yè)成功。

4）駐井監(jiān)督在本次壓井過程中，嚴(yán)格監(jiān)督各個(gè)工種崗位，嚴(yán)格執(zhí)行井控應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組制定的施工方案，收集第一手?jǐn)?shù)據(jù)并反饋給現(xiàn)場(chǎng)決策人，及時(shí)調(diào)整壓井參數(shù)，即便是壓井液密度達(dá)到地層承壓能力極限時(shí)，也沒有造成嚴(yán)重的漏失，避免造成井噴失控的嚴(yán)重后果。

3 技術(shù)難點(diǎn)分析

3.1 低滲漏氣井井控技術(shù)難點(diǎn)

低滲漏氣井井控技術(shù)難點(diǎn)是由其地層特點(diǎn)決定的，隨著漏入地層的鉆井液量增多，表現(xiàn)出地層壓力不斷升高和壓井循環(huán)正常后停泵一段時(shí)間又會(huì)出現(xiàn)溢流的情況，導(dǎo)致了“井漏、溢流、加重鉆井液、井漏、井涌”又漏又涌惡性循環(huán)風(fēng)險(xiǎn)的存在。這就需要井隊(duì)在平時(shí)鉆進(jìn)過程中如果發(fā)現(xiàn)漏失要立即封堵，避免以后在井下復(fù)雜情況的處理中難上加難。如果此類情況已經(jīng)發(fā)生，用水泥或其他封堵能力強(qiáng)的材料堵住漏層也不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，否則想用常規(guī)井控方法來建立井內(nèi)壓力平衡，不但要消耗大量的材料和時(shí)間，而且難以成功。

3.2 壓井過程中對(duì)井口回壓的控制

低滲漏氣井在壓井施工中，如何控制氣體在井筒內(nèi)向上滑脫是難點(diǎn)。由于氣體的膨脹和滑脫特性，一旦發(fā)生氣侵，井底壓力將不斷減低，井控風(fēng)險(xiǎn)隨之增大，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致井噴失控[2]。在節(jié)流壓井過程中有效的控制節(jié)流閥的開關(guān)，可以減緩氣體在井筒內(nèi)向上滑脫效應(yīng)，從而能夠更好保證的井口和井下的安全。在節(jié)流壓井施工中，控制井口回壓值是工作中的重點(diǎn)，如果井口回壓過低，地層流體會(huì)進(jìn)入井筒污染泥漿，如果井口回壓過高，會(huì)將地層壓漏，使本來就復(fù)雜的井下情況變得更加復(fù)雜。但是，如何確定在壓井過程中的回壓值，采用多大的回壓既有利于安全，又有利于施工。就井口回壓對(duì)氣體膨脹的抑制作用進(jìn)行分析，并對(duì)壓井過程中回壓值的確定進(jìn)行了探討。

圖1為不同回壓條件下氣體沿井筒上升過程中你將池體積增量變化情況（氣體膨脹越大，泥漿池增量就越大）?？梢钥闯觯涸龃缶诨貕?，能有效的抑制氣體體積膨脹。保持其他條件不變，溢流1m3后，假設(shè)井底恒壓且保持平衡，則井口未采取節(jié)流措施時(shí)（井口回壓為0），受侵鉆井液上返過程中的井口最大溢流量為6.18m3；井口回壓為3MPa時(shí)，井口最大溢流量減小到2.25m3；井口回壓為6MPa時(shí)，井口最大溢流量減小到1.48m3。井口回壓增大到一定值后，其對(duì)氣體的膨脹抑制作業(yè)明顯減弱，綜合考慮各種因素，建議在施工中的回壓值控制在2～5MPa[3]。

4 認(rèn)識(shí)與總結(jié)

1）地質(zhì)人員在卡層時(shí)一定要仔細(xì)認(rèn)真，不能一味的依賴鄰井?dāng)?shù)據(jù)來判斷本井井下情況。

2）當(dāng)鉆入井下情況復(fù)雜的地層時(shí)，要實(shí)時(shí)做好預(yù)防準(zhǔn)備，時(shí)刻保持鉆機(jī)設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，做好一切可能發(fā)生井下事故的應(yīng)急預(yù)案。

3）當(dāng)鉆遇高壓地層發(fā)生溢流后，提高鉆井液密度壓井，而將地層壓漏，造成鉆井液失返。在這種情況下，應(yīng)該大致了解漏層位置，起至漏層以上注入堵漏鉆井液堵漏，再在溢流層位以上注水泥塞或加重漿，將溢、漏層分隔開來。先堵漏，再控制溢流，但這樣做也會(huì)造成水泥漿被溢流頂至鉆頭以上，很可能造成卡鉆[4]。如果還控制不住，則考慮下套管固井來實(shí)施壓井措施。

4）井控預(yù)案和防噴演練是搞好井控安全的重要工作，不同工況下都要進(jìn)行防噴演習(xí)，使施工隊(duì)伍在出現(xiàn)井控險(xiǎn)情時(shí)能做出正確判斷[5]。

5）在處理氣井溢流情況并對(duì)其循環(huán)壓井時(shí)，采用一定的控制回壓，能有效地抑制氣體膨脹和滑脫，控制因氣體膨脹帶來的井底壓力降低幅度，從而抑制了氣體的進(jìn)一步侵入，降低井控風(fēng)險(xiǎn)。井口回壓增大到一定值后，其對(duì)氣體膨脹的抑制作用減弱，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮，把循環(huán)壓井的回壓值控制在合理范圍內(nèi)。

[1]周金葵，李效新．鉆井工程[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

[2]張桂林．清溪1井溢流壓井分析[J]．石油鉆探技術(shù)，2009，37（6）：6-10．

[3]楊鵬，馬季，顧曉敏，等．注水井不壓井帶壓作業(yè)技術(shù)完善與推廣[J]．內(nèi)蒙古石油化工，2011（12）：110-111．

[4]蔣希文．鉆井事故與復(fù)雜問題[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2001．

[5]李相方．提高深探井勘探效果與減少事故的井控方式[J]．石油鉆探技術(shù)，2003，31（4）：1-3．