南海西部深水井井控關(guān)鍵因素分析與探討

吳艷輝 李夢(mèng)博

摘 要：深水鉆井井控面臨地層壓力窗口窄、海底低溫、水合物防治、圈閉氣處理及存在淺層水流、淺層氣等諸多風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)業(yè)界深水井控技術(shù)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來南海西部自營深水井作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套針對(duì)南海西部深水井地層破裂壓力低、壓井方式的選擇、圈閉氣處理、水合物預(yù)防及呼吸效應(yīng)識(shí)別等深水井控問題的處理措施，為成功發(fā)現(xiàn)LS17-2、LS25-1及LS18-1氣田保駕護(hù)航，開啟了我國深水勘探開發(fā)的新篇章。

關(guān)鍵詞：深水鉆井;南海西部;井控技術(shù);難點(diǎn);壓井;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TE52 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）7-0075-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.017

Abstract：Deep water drilling well control faces many risks， such as narrow formation pressure window， low seabed temperature， hydrate prevention and control， closed gas treatment， shallow water flow， shallow gas and so on. Based on the full investigation of deep-water well control technology in the industry and combined with the practical experience of self operated deep water well operation in the west of the South China Sea in recent years， a set of treatment measures for deep-water well control problems such as well killing mode selection， closed gas treatment， hydrate prevention and respiratory efficiency identification of deep-water wells in the west of the South China Sea are summarized.These provide guarantee for the successful discovery of ls17-2， ls25-1 and ls18-1 gas fields and open a new chapter of deep-water exploration and development in China.

Keywords： deepwater drilling; Western South China Sea; well control technology; difficulties; well killing; practice

0 引言

深水鉆井是未來石油勘探開發(fā)的主題，深水區(qū)域蘊(yùn)藏著約70%的石油，但海洋深水沉積環(huán)境的特殊性[1]，導(dǎo)致深水鉆井具有較低地層破裂壓力、不穩(wěn)定海床、海底低溫、氣體水合物生成等風(fēng)險(xiǎn)。由于深水井涌余量小、隔水管長、阻流壓井管匯摩阻大、井控設(shè)備相對(duì)淺水更加復(fù)雜等特點(diǎn)，深水鉆井井控面臨巨大挑戰(zhàn)[2-3]。

面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，深水井控技術(shù)急需一套行之有效的解決方案。目前的理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐聚焦在壓井方法選擇、井控設(shè)備研究及早期溢流監(jiān)測(cè)等方面[4-6]。褚道余[5]在《深水井控工藝技術(shù)探討》文章中及葉吉華等[7]在《南海深水鉆井井控技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施》文章中闡述了深水鉆井井控工藝面臨的難點(diǎn)，主要?dú)w納為地層壓力窗口窄、溢流監(jiān)測(cè)難度大、淺層氣和淺層流的影響、壓井難度大、圈閉氣處理、水合物預(yù)防、防噴設(shè)備要求高、呼吸效應(yīng)識(shí)別等，但大多缺乏現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及應(yīng)用。筆者通過總結(jié)南海西部地區(qū)的十多口深水井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，剖析了陵水深水氣田高風(fēng)險(xiǎn)探井的井控處理成功案例，結(jié)合井控理論研究，針對(duì)七類技術(shù)難點(diǎn)，形成了深水鉆井井控處理方法和技術(shù)沉淀，對(duì)后期深水氣田開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 南海西部深水井控難點(diǎn)分析

南海西部深水區(qū)域位于瓊東南盆地，具有以下井控特點(diǎn)：①淺層地質(zhì)情況復(fù)雜，對(duì)淺層氣等災(zāi)害的控制提出挑戰(zhàn);②使用浮式鉆井平臺(tái)作業(yè)，且作業(yè)井水深基本超過1 000 m，溢流監(jiān)測(cè)難度大;③壓力窗口窄，易出現(xiàn)又“噴”又“漏”的復(fù)雜情況;④作業(yè)井大多為高地層能量的氣井，壓井方式的選擇面臨巨大挑戰(zhàn);⑤本區(qū)域深水井絕大多數(shù)使用水基鉆井液，井控期間氣體水合物生成的可能性大，容易在井控過程中出現(xiàn)水合物堵塞防噴器組、水下事故閥門或阻流壓井管匯;⑥在深水出現(xiàn)呼吸效應(yīng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井控作業(yè)形成巨大干擾;⑦本地區(qū)存在深水井、超深水井、深水高溫高壓井等世界性難題，井控問題更是難上加難;⑧存在壓力反轉(zhuǎn)、側(cè)向壓力傳遞、水道砂等復(fù)雜地質(zhì)情況，地層壓力預(yù)測(cè)精度低，加大井控工作難度;⑨本區(qū)塊臺(tái)風(fēng)多發(fā)，對(duì)臺(tái)風(fēng)季節(jié)的井控安全提出更高要求，井控工作面臨更大風(fēng)險(xiǎn)。

2 井控特點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)上述南海西部深水井控特點(diǎn)，形成了一系列控制措施，并得到了廣泛應(yīng)用，下面介紹該地區(qū)幾個(gè)典型控制措施應(yīng)用案例。

2.1 淺層地質(zhì)災(zāi)害處理

2.1.1 合理選擇井位。某井為一口常規(guī)深水井，水深1 051 m，在井深1 495 m處有一處約0.03 km2地震振幅異常體，在井深1 630 m有一處約0.01 km2地震振幅異常體，兩處均有淺層氣風(fēng)險(xiǎn)，通過與勘探部門溝通，通過移井位，能有效地避開兩處可疑地層，而且仍能達(dá)到地質(zhì)勘探目的。

2.1.2 DKD鉆進(jìn)。某井為一口超深水探井，水深1 699.3 m，設(shè)計(jì)表層26"井眼2 130 m中完，在井深2 050 m處存在可疑地層亮點(diǎn)，下部井段作業(yè)窗口不滿足提前下20"套管固井的條件。現(xiàn)場(chǎng)從2 020 m處啟動(dòng)DKD，泵入比重為1.25 s.g鉆井液至下20"套管深度，折合井底當(dāng)量比重1.06 s.g左右，整個(gè)過程作業(yè)順利，無溢流現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.1.3 建立循環(huán)鉆進(jìn)。某井為一口高溫高壓深水井，水深990.8 m，在井深2 298 m左右處有明顯地震振幅異常，存在淺層氣風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，26"井眼在2 298 m前中完，后面井段壓力窗口仍能滿足作業(yè)需要，滿足建立循環(huán)系統(tǒng)及井口防噴器組的方式處理可疑地層?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際26"井眼中完深度2 122 m，20"套管鞋深度2 116 m，后續(xù)17"×20"井眼實(shí)鉆表明，該可疑地層返出最大氣測(cè)值約為4%，巖性為粉砂質(zhì)泥巖，為淺層氣的可能性比較大，建立循環(huán)系統(tǒng)方式有效規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，整個(gè)過程作業(yè)順利。

2.2 壓井處理案例

2.2.1 準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流。鑒于深水鉆井平臺(tái)溢流發(fā)現(xiàn)的困難，多數(shù)平臺(tái)引進(jìn)早期溢流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)踐表明，EKD系統(tǒng)仍有其局限性，當(dāng)氣測(cè)值大于15%時(shí)，EKD會(huì)報(bào)警，但此時(shí)并非溢流。通過作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)氣測(cè)值較高時(shí)，EKD系統(tǒng)僅為參考，需要通過傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)活動(dòng)池的增加量判斷是否溢流。多種方式監(jiān)測(cè)，有效彌補(bǔ)每種監(jiān)測(cè)手段的不足。該方法在本區(qū)塊多數(shù)作業(yè)井中得到實(shí)踐，并成功監(jiān)測(cè)到溢流現(xiàn)象。

2.2.2 壓井方式的選擇。針對(duì)深水壓井的窄壓力窗口特殊性，目的層鉆進(jìn)前，配置足夠重漿，盡量在1.5 h內(nèi)完成壓井漿的配置，盡快建立循環(huán)，應(yīng)用邊循環(huán)邊加重法進(jìn)行壓井。

某井目的層12-1/4"井眼鉆進(jìn)至4 068 m，發(fā)生溢流，關(guān)井求壓，折算地層壓力當(dāng)量1.70 s.g以上，13-3/8"套管鞋地漏當(dāng)量1.70 s.g，現(xiàn)場(chǎng)采用非等待方式，以1.61 s.g壓井漿邊循環(huán)邊加重至1.63 s.g壓井漿進(jìn)行壓井作業(yè)。

2.2.3 壓井阻流管匯摩阻。該地區(qū)深水井作業(yè)井水深大多在1 000 m以上，阻流壓井管線內(nèi)徑4"壓井作業(yè)過程中，該摩阻不能忽略，現(xiàn)場(chǎng)在每次新地層鉆進(jìn)前均要做一次完整的管匯摩阻試驗(yàn)，以備壓井使用，表1為本區(qū)塊某井12-1/4"井眼作業(yè)前摩阻測(cè)試數(shù)據(jù)表。

數(shù)據(jù)表解釋：①使用低泵沖進(jìn)行試驗(yàn);②阻流管線摩阻近似等于“鉆具泵入，阻流管線返出”與“鉆具泵入，環(huán)空返出”兩者之間的差值，如2#泥漿泵在10 spm條件下阻流管線摩阻近似等于100 psi;③壓井管線摩阻近似等于“壓井管線泵入，阻流管線返出”與阻流管線摩阻的差值，如2#泥漿泵在10 spm條件下壓井管線摩阻近似等于86 psi。

2.2.4 圈閉氣處理。國際上通過向阻流壓井管匯泵入海水，形成壓差，運(yùn)用“U”形管原理排除圈閉氣，但作業(yè)時(shí)間長，對(duì)于鉆井階段，地層實(shí)鉆壓力系數(shù)無法摸清，排氣階段面臨井漿、壓井漿、海水三種流體混合，活動(dòng)池監(jiān)測(cè)難度大。為避免形成新的復(fù)雜情況，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在充分了解防噴器組構(gòu)造的前提下，通過倒換水下事故閥及流程，有效排除圈閉氣，并得到成功實(shí)踐。

某井444.5 mm井段鉆進(jìn)至2 861 m，發(fā)生溢流，關(guān)井求壓（先關(guān)上萬能、再關(guān)中閘板），打開上萬能壓井前須處理上萬能與中閘板之間圈閉氣，流程如圖1所示，期間最大氣測(cè)值7%，壓井期間如圖2所示，壓井結(jié)束處理下阻流與中閘板之間圈閉氣流程（關(guān)閉上萬能，打開中閘板，關(guān)閉中閘板），如圖1所示，期間最大氣測(cè)值2.6%。該次處理圈閉氣過程順利，無復(fù)雜情況發(fā)生。

2.2.5 水合物預(yù)防。水合物對(duì)井控的影響此處不再贅述。水合物的防治技術(shù)有添加化學(xué)抑制劑、采用油基泥漿、采用保溫措施、機(jī)械清除等方法。但水合物清除方法受各種因素限制，通過該區(qū)塊幾口井的井控實(shí)踐可以總結(jié)出，水合物的預(yù)防更為關(guān)鍵。

在深水壓井過程中通過以下方式抑制氣體水合物的生成：①及時(shí)清除圈閉氣;②堅(jiān)持循環(huán)壓井方式;③將鉆井液轉(zhuǎn)換為含有高濃度水合物全防抑制劑的壓井液;④利用時(shí)間間隙活動(dòng)水下事故閥門。壓井期間壓井鉆井液水合物抑制劑濃度為20%NaCl和15%乙二醇，有效預(yù)防水合物的生成，從現(xiàn)場(chǎng)三口井壓井過程中可以看出，該預(yù)防措施在該區(qū)塊行之有效。

2.2.6 隔水管內(nèi)氣體。深水鉆井隔水管長，發(fā)現(xiàn)溢流晚，發(fā)現(xiàn)溢流前，很可能氣體已經(jīng)進(jìn)入到隔水管內(nèi)，尤其本區(qū)塊深水井均為氣井，流體上竄速度更快，此時(shí)須借助轉(zhuǎn)噴器系統(tǒng)倒流至下風(fēng)口舷外排氣。

某井12-1/4"井眼鉆進(jìn)至4 068 m發(fā)生溢流關(guān)井后，倒計(jì)量罐觀察井筒，計(jì)量罐在1 min內(nèi)上漲3 bbls，判斷有氣體進(jìn)入隔水管，立即關(guān)閉轉(zhuǎn)噴器，現(xiàn)場(chǎng)人員在下風(fēng)口左舷觀察到氣體和鉆井液混合物噴出。

2.3 呼吸效應(yīng)

呼吸效應(yīng)常發(fā)生在開泵期間ECD接近地層破裂壓力，大于地層閉合壓力，表現(xiàn)為開泵活動(dòng)池體積減少，停泵活動(dòng)池體積增加，容易被誤判為溢流，耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。

判斷呼吸效應(yīng)的主要方法為開泵期間必定有漏失現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，停泵活動(dòng)池增加，二者數(shù)量相當(dāng);若回流量過多，則可關(guān)井，關(guān)井套壓和立壓值相當(dāng)，所求立管壓力值小于開泵環(huán)空摩阻，液控阻流端適當(dāng)放壓后，關(guān)井套壓會(huì)下降，圖3為溢流與呼吸效應(yīng)返出流量變化圖。

某井12-1/4"井眼鉆進(jìn)從3 332 m至3 405 m期間，每柱（每柱鉆桿約38 m）鉆進(jìn)期間，均發(fā)生漏失，停泵接立柱期間倒計(jì)量罐觀察到上漲，且兩者數(shù)量相當(dāng)，如表2所示。現(xiàn)場(chǎng)判斷該現(xiàn)象為呼吸效應(yīng)，可以繼續(xù)鉆進(jìn)，整個(gè)鉆進(jìn)至完鉆深度期間，作業(yè)正常。

2.4 臺(tái)風(fēng)季節(jié)井控安全

瓊東南盆地每年的5月至11月為全球臺(tái)風(fēng)頻發(fā)區(qū)域，對(duì)于臺(tái)風(fēng)季節(jié)的井控安全，主要為預(yù)防措施：①借助氣象部門加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)，對(duì)該區(qū)域臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)全面掌握;②每天更新防臺(tái)T-Time，針對(duì)當(dāng)前作業(yè)至避臺(tái)撤離前時(shí)間節(jié)點(diǎn)，留好安全時(shí)間窗口;③合理規(guī)劃作業(yè)程序，盡量安排目的層井段在無臺(tái)風(fēng)影響期間作業(yè);④若臺(tái)風(fēng)期間出現(xiàn)溢流復(fù)雜情況，且在T-Time安全時(shí)間內(nèi)無法處理，則考慮啟動(dòng)應(yīng)急解脫程序。

3 結(jié)論與建議

①針對(duì)淺層氣、淺層流風(fēng)險(xiǎn)的深水井，可以通過合理選擇井位、采用動(dòng)態(tài)壓井技術(shù)及優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的方式處理。

②深水鉆井關(guān)井方式推薦采用硬關(guān)井，壓井方式推薦采用短時(shí)間等待的工程師法或邊循環(huán)邊加重法，呼吸效應(yīng)回吐量超過關(guān)井所允許的溢流量，推薦通過關(guān)井求壓及放壓的方式處理。

③鉆井階段推薦采用倒換防噴器水下事故閥及阻流壓井管匯流程處理圈閉氣。

④氣體水合物預(yù)防是關(guān)鍵，可以通過保持循環(huán)及添加化學(xué)抑制劑的方式預(yù)防氣體水合物的生成。

⑤壓井阻流管匯摩阻在每個(gè)井段鉆進(jìn)前必須試驗(yàn)，在目的層鉆進(jìn)期間，推薦在每次泥漿性能改變后都進(jìn)行一次完整的摩阻試驗(yàn)。

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