A19井井控應(yīng)急處理與壓井技術(shù)的選擇

邊 杰， 和鵬飛， 袁則名， 侯冠中， 劉國(guó)振， 萬(wàn) 祥

[1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452]

A19井井控應(yīng)急處理與壓井技術(shù)的選擇

邊 杰1， 和鵬飛1， 袁則名1， 侯冠中2， 劉國(guó)振1， 萬(wàn) 祥1

[1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452； 2. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452]

渤海油田A19井為一口生產(chǎn)井，該井在管柱傳輸平衡射孔(TCP)作業(yè)后上提管柱的過(guò)程中發(fā)生了井噴。噴勢(shì)迅速擴(kuò)大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)搶接頂驅(qū)實(shí)施常規(guī)井控作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)關(guān)閉剪切閘板防噴器實(shí)現(xiàn)了封井。封井后從地質(zhì)因素和完井工藝因素分析井噴原因，充分考慮井內(nèi)狀況，通過(guò)對(duì)比法選擇壓井方式，最終優(yōu)選置換法進(jìn)行壓井作業(yè)。細(xì)化方案后對(duì)于置換法壓井過(guò)程中的具體實(shí)施過(guò)程和操作過(guò)程中做了詳細(xì)說(shuō)明，為后續(xù)類似情況做技術(shù)儲(chǔ)備和指導(dǎo)。

井噴；置換法；壓井；渤海油田

0 引 言

井噴事故是油氣開發(fā)過(guò)程中最為嚴(yán)重的事故，處理不當(dāng)將直接影響人員、設(shè)備完整和環(huán)境保護(hù)。海洋石油開發(fā)過(guò)程中具有不同于陸地開發(fā)的獨(dú)特性，作業(yè)平臺(tái)孤立于大海中，出現(xiàn)井噴事故以后的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地[1—4]。渤海油田開發(fā)過(guò)程中渤中片區(qū)上部主要目的層位于明化鎮(zhèn)，局部存在淺層氣，下部地層目的層主要在沙河街地層，局部在東二段存在異常微高壓，具有一定的井噴風(fēng)險(xiǎn)。渤海油田A19井曾發(fā)生井噴事故。本文分析了井噴發(fā)生的原因，介紹了壓井技術(shù)的選擇和實(shí)際壓井操作的過(guò)程，以期為類似事故的處理提供借鑒。

1 作業(yè)背景

1.1 地質(zhì)情況

A19井是一口生產(chǎn)井。DST測(cè)試和FMT資料表明，油田壓力梯度為0.992MPa/100m，溫度梯度為3.57℃/100m，屬正常壓力、溫度系統(tǒng)。A19井動(dòng)用的明化鎮(zhèn)組地層壓力預(yù)測(cè)為13.6MPa(垂深1415m)，館陶組地層壓力預(yù)測(cè)為14.5MPa(垂深1508m)。

1.2 工程概況

井口防噴器組合為下閘板防噴器(346.1mm，70MPa)+鉆井四通(346.1mm，70MPa)+上閘板防噴器(346.1mm，70MPa)+剪切閘板防噴器(346.1mm，70MPa)+環(huán)形防噴器(346.1mm， 35MPa)。

井身結(jié)構(gòu)為一開444.5mm井眼至450m，下入φ339.7mm套管[K55鋼級(jí)、61ppf(1ppf≈1.488kg/m)、BTC扣型]至447.6m，二開311.15mm井眼至1831m，下入φ244.5mm(N80鋼級(jí)、40ppf、BTC扣型)至1825.5m。

完井方式采用套管射孔+優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填防砂+繞絲篩管礫石充填防砂完井，射孔段為1324.8～1754.9m，總長(zhǎng)為430.1m，氣層與油層垂直厚度比值為30m∶14.2m。

2 井噴事故的發(fā)生與處理

A19井射孔作業(yè)結(jié)束，為了防止射孔后地層出砂造成卡槍，計(jì)劃將射孔管柱上提，錯(cuò)開射孔段后進(jìn)行壓井作業(yè)。緩慢上提管柱2.4m時(shí)，鉆桿內(nèi)噴出大量完井液完全覆蓋司鉆房玻璃窗，遮擋司鉆視線，無(wú)法實(shí)現(xiàn)下放管柱座卡瓦接頂驅(qū)?？焖偕咸徙@具，準(zhǔn)備利用二層臺(tái)攝像頭觀察接頂驅(qū)，當(dāng)再次上提管柱15.76m時(shí)，鉆桿內(nèi)持續(xù)噴出大量完井液及大量氣體至二層臺(tái)，聲音刺耳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)搶接頂驅(qū)實(shí)施常規(guī)有效井控作業(yè)。立即關(guān)閉上閘板防噴器及剪切閘板防噴器，剪斷井內(nèi)鉆具，封井成功，剪切鉆具前鉆桿內(nèi)已無(wú)液體，環(huán)空溢流量7m3，套壓逐漸上漲至11.17MPa。

3 井噴發(fā)生原因分析

3.1 主要原因

井噴發(fā)生的主要原因如下：

(1) 氣層能量充足： 計(jì)算井底壓差0.62MPa時(shí)，氣體瞬間流量相當(dāng)于1.2m3/s，瞬間產(chǎn)氣量大。

(2) 滲透率較高： 氣層地層流通性較好，最高達(dá)到139mD，流體流動(dòng)空間大，當(dāng)井筒靜液柱壓力低于地層壓力時(shí)，地層壓力極易快速傳播至井筒內(nèi)。

江西銅業(yè)集團(tuán)的德興銅礦對(duì)含硫廢石采用微生物浸出—溶劑萃取—電積方法，每年回收硫精礦1 000 t，銅9.2 t，金33.4 kg，產(chǎn)值達(dá)1 300多萬(wàn)元，銅、金和銀的回收率分別為86.60%、62.32%和65.09%[26]；大冶有色公司豐山銅礦對(duì)尾礦采用重選—浮選—磁選—重選聯(lián)合工藝再選，得到銅精礦、鐵精礦、硫精礦，其品位分別為Cu 20.5%、TFe 55.61%和S 43.61% [27]。

(3) 儲(chǔ)層埋深淺： 射孔段頂界1324.8m(垂深1202.1m)，流體涌出井口所需時(shí)間短。

(4) 鉆桿無(wú)控制手段： 射孔后，鉆桿為敞開狀態(tài)，井涌發(fā)生，必須搶接考克或者搶接頂驅(qū)。

(5) 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)有利有弊： 射孔后如果直接采用立即循環(huán)壓井可能造成砂埋射孔槍；而如果選擇射孔后將射孔槍提出射孔段，可能會(huì)造成井涌失控。

3.2 次要原因

井噴發(fā)生的次要原因如下：

(1) 射孔槍的負(fù)壓效果： 射孔后，累計(jì)灌入2.9m3(井下射孔槍內(nèi)容積約2.84m3)；鉆桿與環(huán)空在負(fù)壓閥處連通，假設(shè)鉆桿與環(huán)空內(nèi)液面下降幅度相同，計(jì)算液面下降117.7m(相當(dāng)于1.18MPa液柱壓力，造成近0.55MPa負(fù)壓，致使井底氣體進(jìn)入井筒更加嚴(yán)重)。

(2) 氣體進(jìn)入井筒造成液柱壓力降低： 氣體進(jìn)入井筒后，井口為敞開狀態(tài)，氣體為非均勻侵入、氣柱式膨脹，造成井底壓力在流體自動(dòng)外溢前過(guò)早失去平衡。

4 壓井技術(shù)選擇

4.1 壓井技術(shù)的選擇

井噴發(fā)生后，采用剪切閘板防噴器將井內(nèi)鉆具剪斷實(shí)現(xiàn)了關(guān)井。這種情況下，沒有循環(huán)通道，無(wú)法實(shí)施常規(guī)壓井方法壓井，也無(wú)法實(shí)施強(qiáng)行下鉆法進(jìn)行壓井。硬頂法和置換法是在不能建立正常循環(huán)時(shí)實(shí)現(xiàn)井控的兩種非常規(guī)壓井方法[5—10]。硬頂法(也稱為壓回法)是將井內(nèi)氣體和受污染的鉆井液反推回地層，要求地層應(yīng)具有大吸入量，同時(shí)壓井液用量大、設(shè)備能力要求高。若不具備這些條件，就應(yīng)考慮采用置換法壓井。置換法壓井(也稱為頂部壓井法)是除去到達(dá)井口氣體的一種井控方法，該方法是在保持井底壓力于安全范圍內(nèi)高于地層壓力以確保氣體不再繼續(xù)侵入井眼的條件下，分次向井內(nèi)泵入適量壓井液，并等待壓井液和氣體在井筒內(nèi)充分置換后，再放掉適量氣體，直至排出井眼中全部氣體為止。

鑒于本井剪斷鉆具前鉆桿內(nèi)鉆井液已噴空，關(guān)井后侵入井眼的氣體會(huì)集聚在井眼的上部，造成套壓逐漸上升，直至井底壓力與地層壓力相平衡，現(xiàn)場(chǎng)決定先采用置換法逐次進(jìn)行井口排氣，達(dá)到壓井的目的后對(duì)落魚進(jìn)行打撈，之后再下入鉆具進(jìn)行正循環(huán)常規(guī)壓井。

4.2 壓井液密度的確定

本井為油田開發(fā)井網(wǎng)加密調(diào)整井，在該井的周邊存在較多已生產(chǎn)井。根據(jù)鉆前壓力預(yù)測(cè)明化鎮(zhèn)組地層壓力預(yù)測(cè)為13.6MPa(垂深1415m)，計(jì)算地層壓力系數(shù)在0.98g/cm3。根據(jù)周邊井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)1.03g/cm3完井液可實(shí)現(xiàn)一級(jí)井控狀態(tài)。因此首先采用1.03g/cm3密度壓井液進(jìn)行置換法壓井。

5 壓井施工過(guò)程

成功關(guān)井后，制訂現(xiàn)場(chǎng)置換法壓井施工程序，梳理壓井流程圖，做壓井準(zhǔn)備。對(duì)地面管線試壓，配置壓井液。用頂驅(qū)連接一根φ139.7mm鉆桿+鉆桿考克(打開)+φ139.7mm短鉆桿至剪切閘板以上，并關(guān)閉萬(wàn)能防噴器，監(jiān)測(cè)剪切閘板與萬(wàn)能之間的壓力。

5.1 壓井施工程序

壓井的施工程序?yàn)椋?(1)用固井泵小排量擠入壓井液，記錄泵壓、泵入量；(2)靜止觀察15min，等待氣體置換至井口；(3)通過(guò)阻流管匯緩慢放噴，利用針型閥控制放噴速度，記錄套壓；(4)放噴見液體返出后，關(guān)閉針型閥，停止放噴；(5)重復(fù)上述動(dòng)作，繼續(xù)置換壓井。

5.2 壓井操作過(guò)程

壓井操作過(guò)程可以為兩次壓井及后期處理。

5.2.1第一次壓井

第一輪壓井： 固井泵打背壓11.17MPa(與套壓一致)，打開壓井液動(dòng)閥；固井泵泵入1.03g/cm3完井液10m3，排量5.3L/s；觀察泵壓由11.17MPa下降至10MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力1.38MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，通過(guò)控制阻流管匯液動(dòng)針型閥開度調(diào)整放噴速度，觀察返出為氣體，5min后見液體返出，套壓維持10.00MPa不變，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥。

第二輪壓井： 固井泵泵入1.03g/cm3完井液50m3，排量8L/s；觀察泵壓由10.20MPa下降至7.93MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力1.38MPa上升至2.76MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，起初觀察返出為氣體，10min后見液體返出，套壓由7.93MPa下降至7.58MPa，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥；將鉆桿壓力放至1.72MPa。

第三輪壓井： 固井泵泵入1.03g/cm3完井液10m3，排量5.3L/s；觀察泵壓由7.58MPa下降至7.32MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力1.38MPa上升至2.07MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，起初觀察返出為氣體，5min后見液體返出，套壓由7.32MPa下降至6.26MPa，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥。

第四輪壓井： 固井泵泵入1.03g/cm3完井液20m3，排量8L/s；觀察泵壓由7.12MPa下降至6.92MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力2.07MPa上升至3.45MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，起初觀察返出為氣體，5min后見液體返出，套壓由6.92MPa下降至4.48MPa，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥；將鉆桿壓力放至1.03MPa。

第五輪壓井： 固井泵泵入1.03g/cm3完井液20m3，排量8L/s；觀察泵壓由5.89MPa下降至5.38MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力2.76MPa上升至4.00MPa；正擠結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，起初觀察返出為氣體，5min后見液體返出，套壓由5.38MPa下降至4.48MPa，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥；將鉆桿壓力放至1.03MPa。

總結(jié)上述數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 第一次壓井施工數(shù)據(jù)

5.2.2第一次壓井作業(yè)分析

第一次壓井過(guò)程中，累計(jì)泵入2倍井筒容積的壓井液，關(guān)井壓力仍維持在較高水平，分析認(rèn)為井筒內(nèi)存在較大漏失，根據(jù)本平臺(tái)此前所完成兩口井地層漏失情況推斷，本井底層亦可能存在2m3左右的漏失，壓井液進(jìn)入地層，同時(shí)所選用壓井液以渤海油田常用完井射孔后工作液為主體，該完井工作體系也不具備與鉆井液一樣的砂巖封堵效果，因此漏失不能形成有效的液柱導(dǎo)致第一次壓井失敗。第一壓井失敗后，為應(yīng)對(duì)壓井過(guò)程中的井漏，壓井液體系改為具有暫堵效果的簡(jiǎn)易保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液(PRD)，該體系鉆井液在砂巖段可形成暫堵泥餅，泥餅承壓能力試驗(yàn)結(jié)果在20MPa左右，在渤海油田疏松砂巖水平段中大規(guī)模使用。按照壓井程序，繼續(xù)用置換法進(jìn)行第二次壓井，同時(shí)考慮進(jìn)入井筒后的壓井液在出現(xiàn)氣侵后仍能保證一定的液柱壓力，因此提高壓井液密度至1.07g/cm3，理論不氣侵時(shí)同垂深(1415m)下比1.03g/cm3壓井液高0.41MPa的壓力差，完全在PRD鉆井液暫堵泥餅的承壓范圍內(nèi)。

5.2.3第二次壓井

第一輪壓井： 固井泵泵入1.07g/cm3簡(jiǎn)易PRD完井液65m3，排量5.3～8L/s；觀察泵壓由4.37MPa上升至9.58MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力1.03MPa上升至2.76MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，起初觀察返出為氣體，20min后見液體返出，套壓由9.53MPa下降至4.65MPa，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥。

第二輪壓井： 固井泵泵入1.07g/cm3簡(jiǎn)易PRD完井液4.6m3，排量2.65L/s；觀察泵壓由4.65MPa上升至8.49MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力2.76MPa上升至3.03MPa；擠注結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換，套壓由8.49MPa下降至7.80MPa；緩慢放噴，觀察返出為氣體，套壓由7.80MPa下降至2.73MPa，關(guān)閉液動(dòng)針型閥。

第三輪壓井： 固井泵泵入1.07g/cm3簡(jiǎn)易PRD完井液3.66m3，排量1.32L/s；觀察泵壓由2.73MPa上升至3.80MPa，監(jiān)測(cè)鉆桿壓力2.76MPa上升至3.86MPa；正擠結(jié)束后，觀察15min，使氣體置換；緩慢放噴，觀察返出為氣體，套壓由3.86MPa下降至0，立即關(guān)閉液動(dòng)針型閥，鉆桿壓力降為0，壓井成功。

總結(jié)上述數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 第二次壓井施工數(shù)據(jù)

5.2.4后期處理

(1) 打開兩側(cè)鉆井四通，用固井泵從壓井管匯灌入1.07g/cm3完井液處置鉆井四通以上圈閉氣體，完井液從阻流側(cè)返出，初始漏速為1.5m3/h，逐漸降至0.2m3/h。停泵關(guān)閉液動(dòng)閥，觀察井口30min，壓力始終為0，打開防噴器組，灌滿井筒，觀察井口液面返出較多氣泡。

(2) 對(duì)落魚進(jìn)行鉛印打印、磨銑、打撈，撈獲落魚并成功解卡后，正循環(huán)一周，觀察氣全量和泥漿池液面穩(wěn)定。

6 結(jié) 語(yǔ)

A19井成功實(shí)施了置換法壓井，取得一定的經(jīng)驗(yàn)。首先應(yīng)急反應(yīng)及時(shí)，從發(fā)生井噴到關(guān)閉剪切共用時(shí)3min，成功控制井口，后續(xù)處理措施得當(dāng)，共用時(shí)31h壓井成功。但在總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，需要思考不足之處和改進(jìn)方法。首先對(duì)于油層和氣層共存的射孔段，要考慮分層射孔方案，避免油層和氣層同時(shí)射開，防止層間干擾，對(duì)于長(zhǎng)跨度射孔段，要考慮分層射孔的方式。對(duì)于氣井和氣油比高的油井射孔作業(yè)時(shí)，考慮在射孔管柱上加入壓力開孔裝置，在起鉆至循環(huán)位置之前，保證鉆桿內(nèi)與環(huán)空隔絕，射孔后應(yīng)立即循環(huán)并上下活動(dòng)管柱。射孔前配管時(shí)，考慮循環(huán)或起鉆的因素，避免拆甩單根及短鉆桿，提前配長(zhǎng)或錯(cuò)扣起鉆至循環(huán)位置。發(fā)生井涌時(shí)，按照相關(guān)要求進(jìn)行關(guān)井，盡可能搶接考克，以便更好地展開后續(xù)作業(yè)。

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ApplicationoftheLubricationWellKillingMethodinBohaiA19Well

BIAN Jie1, HE Peng-fei1, YUAN Ze-ming1, HOU Guan-zhong2, LIU Guo-zhen1, WAN Xiang1

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China; 2.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

BZ29-4-A19 well is a production well. After the tubing-conveyed perforation (TCP) balance job, blowout happened in the process of raising pipe string. Spray expanded rapidly, so that it is impossible to pick up top drive and implement conventional well control operation. The operators chose to close the shear ram blowout preventer and realized well shut-in, and then successfully implemented the lubrication well killing method to make the well out of danger. We introduce the basic situation of the well, the process of blowout and the process of lubrication well killing method.

blowout; lubrication; well killing; Bohai Oilfield

2017-03-08

邊杰(1984—)，男，工程師，主要從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作。

TE921+.5

A

2095-7297(2017)03-0136-05