順北區(qū)塊裂縫性氣藏井控安全推薦做法

王振虎

摘 要：在鉆井新工藝獲得廣泛應(yīng)用和鉆井整體工藝水平日益提高的今天，人們已認(rèn)識(shí)到：對(duì)復(fù)雜地層、安全優(yōu)質(zhì)鉆井，必需要把井控技術(shù)作為研究和發(fā)展的重要內(nèi)容。只有井控工藝和技術(shù)發(fā)展了，才能保證鉆井過(guò)程的井控安全，才能最大限度的開(kāi)發(fā)和利用油氣資源。文章在對(duì)石油鉆井行業(yè)中出現(xiàn)井噴和井噴失控所造成的危害進(jìn)行介紹后，通過(guò)對(duì)順北區(qū)塊油藏特點(diǎn)和溢流案例的分析以及新技術(shù)的應(yīng)用，總結(jié)出適合順北區(qū)塊碳酸鹽巖裂縫性氣藏的井控推薦做法。

關(guān)鍵詞：井噴危害;順北區(qū)塊;裂縫性氣藏;溢流案例;控壓鉆井;氣滯塞

1 井噴的危害

通過(guò)對(duì)井噴事故的分析可以得知，井噴是十分嚴(yán)重的災(zāi)難性事故，并且將會(huì)產(chǎn)生巨大的損失。井噴所帶來(lái)的危害主要有以下幾個(gè)方面：

1.1 擾亂正常工作秩序，影響全局生產(chǎn)

一旦井噴失控，應(yīng)立即啟動(dòng)井控應(yīng)急預(yù)案，成立相應(yīng)的指揮組、技術(shù)方案組、調(diào)度保障組等應(yīng)急機(jī)構(gòu)全面組織、指揮搶險(xiǎn)工作。必要時(shí)還需兄弟單位、地方政府的支援，以及動(dòng)用消防車(chē)輛，組織搶險(xiǎn)隊(duì)伍等。

1.2 使鉆井事故復(fù)雜化、惡性化

井噴發(fā)生后，井下壓力平衡關(guān)系被徹底打破，井眼壓力狀況發(fā)生了顯著變化，井壁沖刷失去穩(wěn)定，井眼擴(kuò)大，易造成卡鉆等衍生事故。

1.3 井噴失控極易引起火災(zāi)和地層塌陷，造成環(huán)境污染

鉆井過(guò)程中，若技術(shù)套管下入深度沒(méi)有封隔住易破碎易漏地層，則會(huì)發(fā)生井噴流體憋破地表、造成地面下陷、環(huán)境污染等重大問(wèn)題。同時(shí)，流體噴出地面，將污染地表與淺層水資源等。若噴出流體中含有H2S，則極易使人中毒，發(fā)生重大傷亡事故。例如2007年3月10日塔河油田AD4井在完井下油管作業(yè)時(shí)發(fā)生溢流，關(guān)不上試油防噴器，在搶接油管掛過(guò)程中又因缺少相應(yīng)工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)油管掛坐封，導(dǎo)致井噴失控。大量原油噴出地面，導(dǎo)致一位員工H2S中毒死亡。

1.4 損害油氣層，破壞油氣資源

井噴將造成油氣儲(chǔ)量的損失，嚴(yán)重的導(dǎo)致儲(chǔ)量枯竭或產(chǎn)層生產(chǎn)能力破壞，使油氣層不再具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值。我國(guó)四川地區(qū)長(zhǎng)桓壩氣田長(zhǎng)1井嘉陵江組氣藏井噴，噴出的氣量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了1000×104m3/d，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，此次井噴所導(dǎo)致的天然氣損失達(dá)到了4.61億立方，估計(jì)占據(jù)該氣田天然氣總儲(chǔ)備量的六成，使得氣田在最近幾年失去了可以開(kāi)采的價(jià)值。

1.5 造成鉆機(jī)設(shè)備毀壞、陷落

1989年1月青海油田臺(tái)南2井取心起鉆途中發(fā)生溢流，由于操作不當(dāng)，防噴器未能關(guān)住井口，發(fā)生嚴(yán)重井噴，大量氣流泥沙噴出，把井口的巖心筒及鉆鋌、轉(zhuǎn)盤(pán)一起頂出12m高，3min后二層臺(tái)起火，造成1人當(dāng)場(chǎng)死亡，9人受傷，并導(dǎo)致井架底座、游動(dòng)滑車(chē)、大鉤、水龍頭、轉(zhuǎn)盤(pán)、全套液壓防噴器及節(jié)流管匯、2臺(tái)振動(dòng)篩、巖心筒、鉆鋌等燒毀損壞，全井報(bào)廢的重大經(jīng)濟(jì)損失。

1.6 覆蓋面積較廣，影響周?chē)踩?/p>

2003年12月23日，羅家16H井井噴失控事故，震驚中外。該井是高含硫水平井，由于H2S天然氣的大量溢出，未能及時(shí)點(diǎn)火，造成井場(chǎng)周?chē)用窈途?duì)職工共243人死亡，賠償金額共計(jì)3300萬(wàn)元。罹難家庭190余戶，1萬(wàn)多人入院醫(yī)治，約6萬(wàn)人緊急疏散，直接經(jīng)濟(jì)損失2.6億元[1]。

2 順北區(qū)塊井控案例

2.1 油藏特點(diǎn)

順北油田位于塔里木盆地中西部，位于2?。ㄉ逞怕∑?、卡塔克隆起）2坳（阿瓦提坳陷和滿加爾坳陷）之間。主要目的層為奧陶系中--下統(tǒng)一間房組和鷹山組，一間房組厚度160-170m，鷹山組900m左右，一間房組頂面埋深東部7200-7500m，西部7500-9000m。發(fā)育兩套特殊巖性地層，二疊系火成巖和桑塔木侵入巖。油氣藏多為碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層。存在異常高壓層，來(lái)勢(shì)兇猛，溢流量大，關(guān)井后套壓高難以處理。順北區(qū)塊緊鄰果勒、躍滿區(qū)塊，而果勒、躍滿區(qū)塊均有鉆遇異常高壓案例。如果勒2井在四開(kāi)采用168.3mm鉆頭比重1.60的鉆井液鉆進(jìn)至7628.04m溢流關(guān)井，立壓13MPa（鉆具內(nèi)有浮閥），套壓35MPa，采用2.0g/cm3的壓井液壓回法壓井成功。順北區(qū)塊碳酸鹽巖氣藏與其他碳酸鹽巖氣藏對(duì)比情況見(jiàn)表1。

從表1可以看出，順北區(qū)塊碳酸鹽巖氣藏地質(zhì)條件更復(fù)雜。

傳統(tǒng)的井控理論和井控工藝，是以“井筒流動(dòng)模型、井筒氣體狀態(tài)模型和井筒安全窗口模型”為基礎(chǔ)構(gòu)建的，它適用于“滲透性地層、純天然氣的溢流和直井”?？p洞型氣藏不滿足達(dá)西滲流條件，流動(dòng)阻力很小，井內(nèi)壓差幾乎沒(méi)有安全窗口，由于重力置換表現(xiàn)為“噴漏同層”，傳統(tǒng)的井控工藝不完全適用于順北縫洞型氣藏，主要表現(xiàn)在：

①儲(chǔ)層被鉆開(kāi)以后，比較容易發(fā)生溢漏同存的現(xiàn)象，難以確保井筒的壓力處于靜平衡的狀態(tài);

②在儲(chǔ)層鉆進(jìn)的過(guò)程中，全烴值相對(duì)比較高，并且氣測(cè)值對(duì)于鉆井密度所表現(xiàn)出來(lái)的敏感度不高，氣體將會(huì)持續(xù)性的侵入到井筒當(dāng)中污染鉆井液。

2.2 溢流壓井案例

2.2.1 順北3井溢流案例

2017年9月19日4：48由華北西部90105HB鉆井隊(duì)承鉆施工任務(wù)的順北3井四開(kāi)鉆進(jìn)至井深8120.24m后產(chǎn)生溢流，地層鷹山組。關(guān)井后立壓8MPa，套壓14MPa，折算地層當(dāng)量密度1.65g/cm3。經(jīng)使用密度1.55g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3、1.80g/cm3、1.85g/cm3泥漿節(jié)流壓井未建立井筒壓力平衡，當(dāng)用1.85g/cm3泥漿節(jié)流循環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)漏失，瞬間漏速18m3/h，平均漏速14.66m3/h，出口密度1.62g/cm3。9月20日11：45開(kāi)始平推1.80g/cm3泥漿，共平推1.80g/cm3泥漿121m3。停泵觀察，立壓9.8MPa，套壓9.2MPa，也未實(shí)現(xiàn)壓力均衡。至21日0：05關(guān)井察看，立壓上漲至13.5MPa，套壓上漲至13.3MPa，期間井隊(duì)配制2.0g/cm3重漿180m3，隨后井隊(duì)用2.0g/cm3重漿平推壓井，共平推2.0g/cm3壓井液93.45m3，開(kāi)井后液面在井口，出口斷流，壓井成功。

2.2.2 順北53X井溢流案例

2018年12月6日7：30由江漢鉆井90108井隊(duì)承鉆施工的順北53X井取心鉆進(jìn)至7750m，地層一間房組。井隊(duì)坐崗工發(fā)現(xiàn)循環(huán)罐液面上漲1.6m3并匯報(bào)值班干部（值班干部在司鉆房），值班干部確認(rèn)發(fā)生溢流后立即割心，7：40關(guān)井成功，關(guān)井立壓6.5MPa（帶單流閥，停泵后回壓），套壓由2↑18MPa（一直穩(wěn)至頂泵求立壓前），立壓無(wú)變化。校核后實(shí)際溢流量15.56m3（割芯及上提鉆具期間溢流量快速增大至2m3/min）。用開(kāi)泵頂通的方式求取立壓，立壓19MPa，套壓19MPa;計(jì)算地層當(dāng)量密度1.64g/cm3。

2.2.2.1 鉆井隊(duì)首先采用平推方式壓井

環(huán)空第一次平推2.0g/cm3的重漿50m3，排量0.35m3/min，泵壓24↑43↓41MPa;停泵后套壓38↓30MPa。第二次平推2.0g/cm3的重漿11.7m3，排量0.35m3/min，泵壓32.9↑39.8↓38.5MPa;停泵觀察，套壓30↓22MPa，通過(guò)節(jié)流閥放壓，套壓由22↓16.5MPa。后續(xù)在準(zhǔn)備平推水眼的過(guò)程中為了防凍，分兩次環(huán)空平推了6m3。累計(jì)環(huán)空泵入密度2.0g/cm3的重漿66.7m3，環(huán)空重漿井段：井口-5100m。壓裂車(chē)水眼泵入密度2.2g/cm3的重漿37.4m3（水眼容積35m3），泵壓41.6↑48↓28MPa，排量0.13-0.4m3/min，套壓18↑31MPa;停泵觀察，立壓28↓15MPa，套壓31↓22MPa。由于地層吃入較差，平推后井口壓力升高，平推壓井難以實(shí)施。

2.2.2.2用泥漿泵節(jié)流循環(huán)壓井

排量8-9L/s，累計(jì)泵入密度2.0g/cm3的重漿260m3，返出243m3，漏失17m3。出口密度：1.95↓1.34↑1.97g/cm3。套壓變化：21.3↓0MPa。泵壓變化：22↓17↑21.28MPa;

停泵后立套壓為0MPa，開(kāi)井，無(wú)溢流，壓井成功。

2.2.3 由以上兩口井井控事件可得出以下認(rèn)識(shí)

①采用傳統(tǒng)的近平衡壓井工藝，氣體會(huì)持續(xù)進(jìn)入井筒，造成井口壓力越來(lái)越高，井控風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大;

②順北區(qū)塊壓井方式并不固定，如順北3井選擇節(jié)流循環(huán)壓井未成功，最終使用平推的方式壓井成功;而順北53X井首先采用平推壓井的方式未成功，最終節(jié)流循環(huán)壓井成功;

③壓井時(shí)節(jié)流排量也是關(guān)乎壓井成敗的重要因素之一，至少要大于泥漿污染的速度，不然環(huán)空壓力一直起不來(lái)，導(dǎo)致壓井失敗;

④一間房及鷹山組儲(chǔ)層屬于異常高壓地層，地層壓力124-130MPa，當(dāng)量密度1.64g/cm3，而實(shí)際壓井泥漿密度都在2.0-2.2g/cm3。針對(duì)探井，發(fā)生溢流建議壓井液密度取預(yù)測(cè)地層破裂壓力當(dāng)量密度或是前期施工的裸眼最高承壓當(dāng)量密度;

⑤當(dāng)揭開(kāi)儲(chǔ)層后，由于巨大壓差，地層壓力以300m/s的速度向上傳遞，地層流體以越來(lái)越快的速度推動(dòng)泥漿往上涌，溢流越來(lái)越快，造成溢流量較大。能否做到快速關(guān)井是保證壓井成功的關(guān)鍵;

⑥目的層鉆進(jìn)嚴(yán)格執(zhí)行打單根的方式鉆進(jìn)，即鉆進(jìn)時(shí)保證旋塞位于轉(zhuǎn)盤(pán)面以下，如發(fā)生溢流，保證旋塞在井口，方便開(kāi)關(guān);

⑦井隊(duì)員工必須明白并貫徹執(zhí)行“發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井、疑似溢流關(guān)井觀察”的原則。

3 順北區(qū)塊井控安全新技術(shù)應(yīng)用

3.1 控壓鉆井技術(shù)

在順北碳酸鹽巖裂縫氣性氣藏裂縫發(fā)育的過(guò)程當(dāng)中，比較容易出現(xiàn)氣體和液體置換的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致出現(xiàn)同時(shí)存在著漏失和溢流的現(xiàn)象。所以，為了切實(shí)保證井控的安全性，建議在施工的環(huán)節(jié)中選擇使用控壓鉆井的方式展開(kāi)。

在控壓鉆井的時(shí)候，其所選擇是使用的工藝基本特點(diǎn)如下所示：

第一，能夠?qū)Τ隹谖恢玫牧髁恐嫡归_(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且及時(shí)反饋壓力等參數(shù)值，保證完成初期階段的溢流和井漏發(fā)現(xiàn)工作。

第二，可以對(duì)井口位置的回壓作出有效控制，從而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與循環(huán)排氣共同展開(kāi)的目的，將非生產(chǎn)時(shí)效盡可能降低。

第三，對(duì)井口位置回壓和井底位置的壓力作出精細(xì)化控制，保證井底位置恒壓鉆井。

從圖2 可以看出，控壓起鉆過(guò)程中井底循環(huán)當(dāng)量密度維持在1.85g/cm3左右，井底壓力控制比較平穩(wěn)[2]。

3.2 高溫氣滯塞技術(shù)

順北油氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏屬于裂縫性高壓氣藏，所以，在工程中想要獲得鉆井液安全密度窗口是相對(duì)比較困難的，在裂縫當(dāng)中所產(chǎn)生的氣體比較容易與井筒當(dāng)中的鉆井液產(chǎn)生置換。當(dāng)氣體進(jìn)入到井筒以后，便會(huì)導(dǎo)致滑脫效應(yīng)發(fā)生，增加循環(huán)排氣所消耗的時(shí)間，儲(chǔ)層位置的鉆井施工的周期相比較于全井鉆井的周期而言，要短很多，大一般只占據(jù)40%左右，比較容易出現(xiàn)溢流和漏失同時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致在儲(chǔ)層段位置出現(xiàn)鉆井的時(shí)效降低，拉大鉆井的時(shí)間周期，抬高井控的風(fēng)險(xiǎn)程度。

順北2井使用氣滯塞前后全烴值對(duì)比情況

當(dāng)前在我國(guó)用于氣體上竄速度控制的氣滯塞總體上分為兩種不同的類(lèi)型，一種是高含量膨潤(rùn)土漿，一種是凍膠閥。但是這兩種氣滯塞都擁有比較差的抗溫能力，并且在使用中也較易出現(xiàn)泥漿污染問(wèn)題，相對(duì)而言，其不適合被使用在順北碳酸鹽巖裂縫性氣藏。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析靜切力是影響氣滯塞能力的關(guān)鍵因素，靜切力越高上竄速度越慢，因此選用抗高溫提切劑配制高溫氣滯塞。選用國(guó)內(nèi)外抗溫能力較好的提切劑HEC、HE300和SMRM，分別加入到4%KCL溶液中，測(cè)試其黏切性能，結(jié)果加入SMRM的4%KCL溶液在200℃下老化后，切力最高，動(dòng)塑比達(dá)到6.0，具有較好的抗高溫提切效果，所以選用SMRM作為高溫氣滯塞的提切劑。高溫氣滯塞的配方為：10.0%抗高溫提切劑SMRM+0.1% 抗高溫表面張力調(diào)節(jié)劑SMSM+2.0% 抗高溫增黏降濾失劑SMPFL+1.0% 抗高溫纖維+4.0%KCl+ 0.3%NaOH[2]。

順北區(qū)塊氣滯塞技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在多口井的施工中，如順北評(píng)1井，取芯作業(yè)，共9次氣滯塞施工，氣竄速度降低79.7-91.7%。順北2井，氣竄速度65m/h，使用氣滯塞技術(shù)油氣上竄速度降至5-10m/h，降低80%，為順利測(cè)井提供了安全保障。順南7井，氣竄速度由105m/h降至滿足封井需求，憋壓候凝53h，開(kāi)井循環(huán)未見(jiàn)氣。順北3井，打氣滯塞保證起甩油管等井口作業(yè)，氣竄速度由123.54m/h降至14.07m/h。

4 壓井方法的選擇

①一般情況下，在儲(chǔ)備足量的加重鉆井液前提下，應(yīng)使用工程師法進(jìn)行壓井;如重漿不足，加重等候時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)用司鉆法排除污染鉆井液避免井口壓力過(guò)高;

②如鉆遇大裂縫或溶洞，出現(xiàn)失返性漏失，推薦使用壓回法壓井;

③針對(duì)含硫氣藏井出現(xiàn)溢流建議首選壓回法壓井;

④壓井法應(yīng)用范圍;

⑤壓井法選擇。壓井法選擇推薦如表4所示。

5 結(jié)論

①采用微過(guò)平衡壓力鉆井，順北區(qū)塊氣井鉆井液密度的選擇建議應(yīng)在氣井安全系數(shù)高限附加基礎(chǔ)上再附加0.05g/cm3-0.15g/cm3;

②順北碳酸鹽巖裂縫性氣藏宜采用控壓鉆井工藝;

③裂縫性活躍氣層起鉆前推薦使用氣滯塞技術(shù)。氣滯塞可使氣體上竄速度降低，但形成結(jié)構(gòu)之前，氣體在氣滯塞內(nèi)部上竄會(huì)損壞其結(jié)構(gòu)力，建議在氣層頂部300m以上井段泵入，預(yù)留一定時(shí)間使其形成結(jié)構(gòu);

④為了確保井控安全，在鉆井期間如發(fā)生溢流要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇壓井方法，盡量做到正確處置，盡早處置。同時(shí)還要積極應(yīng)用先進(jìn)的井控技術(shù)，避免井控事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王建云，楊曉波等.順北碳酸鹽巖裂縫性氣藏安全鉆井關(guān)鍵技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2020，48（3）.