鉆井“地下井噴”處理方法探討

呂曉平

（中國(guó)石油西部鉆探公司國(guó)際工程公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 概述

在石油工業(yè)各類事故中，無論從事故數(shù)量還是造成損失上，井噴都名列前茅。按照“Willis 能源損失數(shù)據(jù)庫(kù)”的統(tǒng)計(jì)資料，井噴占所有鉆井事故的90%，而地下井噴的發(fā)生頻率又大約是地面井噴的1.5～2 倍，累計(jì)損失也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地面井噴[1-3]。

地下井噴是指當(dāng)?shù)叵麓嬖诓煌瑝毫酉禃r(shí)，地層流體從高壓層通過井筒或者井筒外環(huán)空，流入低壓層系的過程[4]。地下井噴發(fā)生的主要原因有存在不同壓力層系、管柱（套管）損壞、固井質(zhì)量不合格、井下意外事故等，如羅家2井在磨銑橋塞過程中發(fā)生井漏，而后引發(fā)溢流，關(guān)井后天然氣從7寸套管破損處進(jìn)入環(huán)空竄至地面，在鄰井羅家注1井及最遠(yuǎn)1.29km出現(xiàn)冒氣點(diǎn)，后經(jīng)七次堵漏壓井控住氣源[5-6]。

在進(jìn)行地下井噴處理之前，應(yīng)對(duì)漏點(diǎn)位置、漏點(diǎn)類型、溢流性質(zhì)、鉆頭位置等進(jìn)行判斷[7-8]:

（1）漏點(diǎn)位置：存在三種情況，即上噴下漏、上漏下噴、噴漏同層。

（2）漏點(diǎn)類型：存在低壓層、地層破裂與套管破損、大型裂縫與溶洞等。

（3）溢流性質(zhì)：氣侵、水侵、油侵或油氣水侵共同作用，其中氣侵對(duì)鉆井安全威脅性最大。

（4）鉆頭位置：一是鉆頭在井底，在鉆進(jìn)中發(fā)生地下井噴，應(yīng)用U 形管理論進(jìn)行井底常壓法處理。二是鉆頭不在井底，一般的井底常壓法不再適用，必須使用非常規(guī)壓井方法，如動(dòng)力壓井法、壓回法等進(jìn)行井控。

根據(jù)不同的漏失層位置和類型，采用堵漏壓井法、動(dòng)力壓井法和壓回堵漏法進(jìn)行針對(duì)性控制。

①井底常壓堵漏壓井法：主要應(yīng)用于上噴下漏地下井噴，漏失量不大，漏速小于排量，保證井筒環(huán)空內(nèi)液柱完整，一次堵漏成功率較高的情況。關(guān)井堵漏之后還應(yīng)保持一定的套壓，以防止氣體的突然膨脹造成更惡劣的后果。②動(dòng)態(tài)壓井法：主要應(yīng)用于上漏下噴地下井噴情況，在存在一定漏失的情況下先控制井噴，為下一步處理井漏提供條件；壓井參數(shù)的關(guān)鍵是泵排量必須在存在漏失的情況下提供足夠的環(huán)空摩阻以平衡地層壓力。因此主要適合較大的井眼尺寸和鉆具組合及較大的泵功率。③壓回堵漏法：主要應(yīng)用于噴漏同層的情況，應(yīng)用該方法要對(duì)地層滲透率、侵入流體性質(zhì)、侵入流體的位置判斷、套管鞋位置、套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度等分析判斷，因此主要應(yīng)用于漏速較大的溶洞或裂縫性地下井噴。

2 地下井噴處理方法探討

2.1 澀北RX井基本情況

澀北RX 井位于柴達(dá)木盆地澀北二號(hào)氣田，為一口兩層結(jié)構(gòu)的調(diào)整直井，設(shè)計(jì)井深1194m，一開?311.2mm 鉆頭鉆至井深147m，?273mm 套管下深145.49m，二開?215.9mm 鉆頭鉆至井深1097.71m，鉆井液密度1.28g/cm3，粘度39s，記錄工發(fā)現(xiàn)井漏，漏失量1m3，往環(huán)空灌鉆井液過程中發(fā)現(xiàn)環(huán)空內(nèi)鉆井液上涌，立即采用硬關(guān)井方式關(guān)井，關(guān)井套壓0.8MPa，立壓為0（鉆具組合帶井底閥），后套壓0.8↗2.4MPa，立壓0MPa，發(fā)現(xiàn)圓井有氣泡冒出，套壓2.4MPa，后續(xù)發(fā)現(xiàn)圓井周圍10m 范圍地面出現(xiàn)大量氣泡，節(jié)流管匯處氣泡較多，圓井氣泡變大，通過節(jié)流閥控制J1 套壓1.0MPa不變。

該井鉆具組合為：?215.9（mmHAT127）牙輪鉆頭（0.30m）+430×410井底閥（0.48m）+411×4A10（0.5m）+?158.8mm 鉆鋌10 根（88.64m）+4A11×410（0.50m）+?127mm 鉆桿8 根（76.78m）+?210mm 擴(kuò)眼器(0.97m)+?127mm 鉆桿96 根（920.36m）+方鉆桿。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：?311.2mm×148m+?215.9mm×1194m。井口防噴器組：FH35-35+2FZ35-35。二開裸眼層段壓力系數(shù)：410～690m，壓力系數(shù)1.10～1.20；710～1194m，壓力系數(shù)0.73～0.91。

2.2 地下井噴處理情況

2.2.1 第一次注堵漏漿、水泥漿

（1）注堵漏漿、水泥漿：鉆具內(nèi)注入密度1.22g/cm3堵漏鉆井液15m3，水泥車環(huán)空注密度1.22g/cm3堵漏鉆井液39m3，井口未返出，套壓2.4↘1.8MPa。

（2）注水泥漿：鉆具內(nèi)注G 級(jí)1.60g/cm3低密水泥36m3（48t），井口未返出，井口壓力1.8↘1.6MPa；反打1.90g/cm3快干水泥12.1m3（24t），壓井管匯處地面裂縫噴式加劇，立即停止注水泥作業(yè)。通過壓井、節(jié)流兩側(cè)管線同時(shí)放噴，套壓1.8MPa，立壓0MPa。

2.2.2 第二次注堵漏漿、水泥漿

（1）注入密度1.68g/cm3堵漏鉆井液107.5m3，粘度：滴流，排量：1.14→1.6→1.15m3/min，注壓：5→13.3→5.7MPa，期間噴勢(shì)明顯變小，關(guān)3#平板閥，壓井側(cè)放噴；節(jié)流側(cè)放噴管線120°彎頭刺漏。

（2）采用水泥車注快干水泥118m3（200t），井口未返出；候凝，觀察；期間搶換節(jié)流管匯及120°鑄鋼彎頭。

（3）繼續(xù)放噴觀察：期間發(fā)現(xiàn)井口四通法蘭、2#平板閥處刺漏。

2.2.3 注清水、堵漏漿、水泥漿

水泥車打清水500m3，井口未返出；水泥車鉆具內(nèi)注入密度1.46g/cm3堵漏鉆井液31m3，替清水11m3，未返出；水泥車低排量（0.2～0.3m3/min）注清水，注壓3MPa，注清水29m3；注水泥漿40m3（65t），替清水13m3，井口未返出；水泥車鉆具內(nèi)注清水248m3，井口未返出；期間放噴觀察、連接地面壓裂管線，管線試壓30MPa，準(zhǔn)備壓井。

2.2.4 壓井作業(yè)

壓裂車注1.30g/cm3壓井液150m3，注壓27MPa，排量3.3m3/min；注入1.28g/cm3飽和鹽水642m3，注壓29MPa，排量2.7m3/min；井口無變化，噴勢(shì)未減，噴出物為氣和鹽水。

2.2.5 堵水眼、射孔、注鹽水

（1）堵水眼準(zhǔn)備工作。固井車注清水1.0m3，停泵無壓力，泄壓無回水，檢查井底閥完好；停注，觀察；用水泥車鉆具內(nèi)注清水2m3，壓力0～2MPa，排量0.8m3/min，泄壓至0MPa，無回水，確認(rèn)井底閥完好；卸方鉆桿，自下旋塞上端卸開，管柱內(nèi)放置封堵物，緊扣，封堵準(zhǔn)備。

（2）堵水眼。采用棉紗、膠皮為封堵物，進(jìn)行了3次堵水眼作業(yè)，期間采用壓裂車分3 次共注入鹽水214.2m3，排量1.3～1.5m3/min，注壓11～17.5MPa，停注后均無回水、壓力0MPa，封堵均未成功；采用水泥車注水泥漿5.5m3，清水7m3，預(yù)封堵段為管柱內(nèi)700m以下，候凝3h；候凝完，試壓，壓裂車小排量泵入鹽水0.5m3，壓力20MPa；穩(wěn)壓5min；堵水眼成功。

（3）射孔。進(jìn)行了3 次射孔作業(yè)，射孔井段分別在675～677m、541～543m、473～475m，各次均為32發(fā)彈、51mm直徑槍、51mm直徑彈。期間探塞面1次、塞面位置在814m，壓裂車注鹽水2 次，排量1.2～1.0m3/min，注壓22↘10.5（憋壓）↗17MPa，共注鹽水81.4m3，噴出物為氣體與鹽水的混合物。

為確保射孔通道暢通，采用壓裂車通過管柱共注入飽和鹽水1184.2m3，排量1.5m3/min，注壓12MPa，噴勢(shì)無變化。

測(cè)氣體上返時(shí)間2次，第一次：水泥車注鹽水5m3，注壓3.5MPa，排量1.5m3/min，停泵壓力為零，觀察油氣上竄情況，立壓上升到1.1MPa；第二次：通過水泥車注1.30g/cm3鉆井液7.8m3，打開固井車泄壓閥觀察氣體上返時(shí)間，觀察1h，無反應(yīng)，用水泥車向鉆具內(nèi)注1.30g/cm3鉆井液7m3。

進(jìn)行第四次射孔，96發(fā)彈、51mm直徑槍、51mm直徑彈，射孔位置536.6～542.6m。

（4）注鹽水。先后用壓裂車、水泥車共注鹽水1032m3。其中，壓裂車共注750m3，排量：1.8↗2.5↘2.4↗2.5↘2.0↘0.7m3/min，注壓：18↘17↗19↗21↘10↘2MPa；水泥車注入鹽水282m3，排量0.62～1m3/min，壓力1～3.5MPa。

2.2.6 壓井、封堵

（1）壓井準(zhǔn)備。取出射孔儀器，搶接方鉆桿；壓裂車對(duì)地面管線試壓30MPa；穩(wěn)壓5min。

（2）壓井。壓裂車注飽和鹽水200m3，排量2.5～3.6m3/min，注壓13～21MPa；壓裂車注1.70g/cm3堵漏鉆井液128.5m3，鹽水8.5m3，排量3.0m3/min，壓力2MPa，井口噴勢(shì)無變化；水泥車小排量注清水1m3；水泥車注水泥漿53m3，比重1.90g/cm3，排量2.0m3/min，壓力13MPa；水泥車替清水6.9m3；排量1m3/min；壓力4MPa；噴出物為天然氣、水泥漿混合物，噴勢(shì)未減。

（3）間隔注水泥漿。每隔3h注水泥漿20m3、替清水7m3，共注2次，累注水泥漿40m3、替清水14m3，注水泥漿排量1.28m3/min、壓力5～3MPa，替清水排量1m3/min、壓力3MPa；期間更換地面管線為3 寸半壓裂管線，不過立管，直接連接鉆具，承壓達(dá)到40MPa。

（4）注瓜膠、水泥漿封堵。水泥車注清水5m3，排量0.5m3/min，壓力6MPa；壓裂車注入膠液（瓜膠）180m3，鹽水10m3，排量3.3m3/min，壓力17MPa；水泥車注水泥漿20m3，密度1.90g/cm3，排量1m3/min，壓力3MPa；噴勢(shì)見小，間歇噴出氣體，噴勢(shì)減小；注水泥125m3，密度1.90g/cm3，替清水7m3；井口未返出；每隔1h 灌注一次水泥漿，并用清水清洗鉆具、孔眼通道，共注水泥漿73m3,排量1.0m3/min，壓力4MPa，分三次替清水37m3；注水泥9m3（15t），密度1.90g/cm3，排量1.8m3/min，注壓1～3MPa，替清水12m3，替壓1MPa；替鹽水5m3，排量1.5m3/min，壓力6.4MPa；壓裂車注瓜膠20m3，排量2.0m3/min，壓力9.3MPa，井口開始停噴；壓裂車替鹽水6m3，排量2.0m3/min，壓力9.1～8.6MPa；固井車正注水泥漿15m3（22.5t），清水8m3，排量1.5m3/min，壓力7～8MPa；水泥車每隔2h 分6 次反灌水泥漿87m3（132t），共替清水5m3，井口返出水泥漿;水泥車注清水0.2m3，憋壓10MPa，檢查鉆具水眼已經(jīng)封堵，封堵工作結(jié)束。

3 澀北RX井地下井噴處理總結(jié)

3.1 地下井噴原因分析

（1）二開裸眼層段地層存在多套壓力系數(shù)，存在高低壓互層，平衡高壓地層，易至使底部低壓地層發(fā)生井漏，造成漏轉(zhuǎn)噴。

（2）井身結(jié)構(gòu)不合理，該井設(shè)計(jì)為二層結(jié)構(gòu)，表層套管下深過淺（148m），未能完全封隔淺部氣層段，不能滿足二次井控的條件。

（3）該井鉆至低壓層先發(fā)生井漏，井筒液柱壓力降低不能平衡上部高壓氣層，發(fā)生溢流后關(guān)井，因套管下深淺，套管腳及以下地層不能承受關(guān)井壓力，高壓氣流憋開套管腳及以下地層形成通道竄至地面，屬于典型的上噴下漏形成的地下井噴。

3.2 堵漏壓井經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）前期壓井失敗原因分析。一是該井屬于上噴下漏的地下井噴，鉆頭在井底，在前期實(shí)施過程中按照井底常壓堵漏壓井法，先堵漏、后壓井，但因上部淺層氣壓力大，產(chǎn)量高，加上下部地層漏失量大，正循環(huán)堵漏壓井時(shí)漏失處形成漏斗，流體大部分進(jìn)入漏層，少量返至環(huán)空氣層位置后被稀釋返至地面，無法在環(huán)空形成有效液柱；二是在堵漏壓井過程中，大量的堵漏漿、水泥漿進(jìn)入漏層，因存在漏失壓差，導(dǎo)致進(jìn)入的堵漏劑成了支撐劑加大了漏失裂縫的開啟和延伸；三是施工排量小于漏失速度，堵漏漿、水泥漿無法在漏層及以上位置形成有效液柱，實(shí)現(xiàn)不了壓穩(wěn)氣層的壓力。

（2）后期成功封堵、壓井原因分析。一是轉(zhuǎn)變觀念，將下漏上噴換成上漏下噴處理，即從井底漏層以上射孔，從上面建立循環(huán)壓井通道，易在環(huán)空建立液柱壓力，先平衡地層壓力，然后再實(shí)施封堵。二是將瓜膠應(yīng)用到壓井過程中，瓜膠為超大分子聚合物，具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力、很強(qiáng)的剪切稀釋性能，且有很高的粘度和良好的可泵性，很難被高速氣流霧化，其自身的內(nèi)聚力大于它與水之間的親合力，在環(huán)空、地層易形成段塞，利用瓜膠液增大氣水上行阻力，阻止氣體滑脫，給水泥漿留足一定的停留時(shí)間，形成足夠的液柱，逐步將環(huán)空替代為水泥漿，起到壓井、封堵和封固作用。三是壓井參數(shù)的關(guān)鍵是泵排量必須在存在漏失的情況下提供足夠的環(huán)空摩阻以平衡地層壓力。

（3）區(qū)塊改進(jìn)措施。與建設(shè)方溝通協(xié)商，根據(jù)地層壓力系數(shù)對(duì)澀北區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整完善：①二層結(jié)構(gòu)井，表層套管下深調(diào)整至300～350m；②為有效封隔淺部高壓地層，建議井身結(jié)構(gòu)調(diào)整為三層結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論與建議

（1）發(fā)生地下井噴一般情況較復(fù)雜，不是簡(jiǎn)單的上漏下噴、下漏上噴，可能發(fā)生更為復(fù)雜的情況，如案例中分析的，在井筒中形成漏、噴、漏等復(fù)雜局面，給堵漏、壓井帶來難度，甚至導(dǎo)致處理死循環(huán)，按照常規(guī)思路，無法實(shí)現(xiàn)堵漏壓井。

（2）針對(duì)地下井噴，采取井底常壓法、動(dòng)態(tài)壓井法、壓回法等進(jìn)行處理，多數(shù)情況下效果不理想，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，綜合分析，采取靈活的處理方式。

（3）處理地下井噴，應(yīng)科學(xué)掌握漏點(diǎn)位置、漏點(diǎn)類型、流體性質(zhì)、鉆頭位置等，針對(duì)性制定方案，提升方案的針對(duì)性、有效性，減少損失。

（4）針對(duì)存在淺層氣的地下井噴，在選擇合適的處理方法后，必須配套滿足大排量、大劑量要求，提高處理的成功率。