鉆井現(xiàn)場井涌井漏事故原因分析及對策研究

張會利

（大慶油田鉆探工程公司鉆井三公司鉆井三分公司, 黑龍江大慶 163000）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展, 對石油及天然資源的需求量不斷上升。石油及天然氣勘探對于提高油氣資源儲量、擴大勘探成果意義重大。鉆井工程是油氣勘探的重要組成部分, 鉆井投資在勘探中占有較大比例, 安全、高效的鉆井對于降低鉆井施工成本, 保障施工安全具有重要意義。然而, 鉆井施工現(xiàn)場條件惡劣, 地質(zhì)條件復雜、設備問題、鉆井施工技術水平問題、施工經(jīng)驗不足、鉆井液設計不合理等[1], 都會導致鉆井工程事故發(fā)生, 輕則耽誤鉆井施工進度, 造成鉆井施工成本上升, 影響鉆井施工效益。重則造成油氣井報廢, 危及鉆井作業(yè)人員人身安全, 造成重大人力、物力、財力損失, 造成不良社會影響。在所有鉆井工程事故中, 井涌和井漏是較為常見的工程事故, 事故發(fā)生的原因既有認為操作失誤, 也與地質(zhì)條件有關, 在井涌井漏發(fā)生初期, 加強事故預警, 及時采取有效措施處理事故隱患, 對于提升鉆井施工安全, 保障高效鉆井具有重要意義。

2 井涌、井漏發(fā)生的原因分析

2.1 井涌發(fā)生的原因分析

井涌是鉆井施工過程中較為常見的異常情況, 鉆井液設計密度過低或者地層異常高壓都會導致井涌的發(fā)生[2]。井涌的一旦出現(xiàn), 要及時的發(fā)現(xiàn)并采取適當?shù)拇胧┯枰钥刂? 否則容易導致井口失控, 最終導致井噴的發(fā)生, 造成嚴重的經(jīng)濟損失。因此, 要熟悉井涌發(fā)生的原因, 了解井涌發(fā)生的征兆, 以便出現(xiàn)井涌時, 能夠采取有效措施。井涌發(fā)生的原因歸結為以下幾類：

（1）當鉆井過程中鉆遇異常高壓地層, 地層壓力大于井筒內(nèi)液柱壓力, 在壓差的作用下, 地層流體進入井筒內(nèi), 導致井涌的發(fā)生。

（2）鉆井液密度設計過低, 導致井筒內(nèi)壓力小于地層壓力, 最終出現(xiàn)井涌。

（3）鉆井過程中由于地層流體的不斷侵入, 導致鉆井液密度降低, 井筒內(nèi)壓力小于地層壓力, 加劇了井涌的形成。

（4）起鉆時, 沒有按照設計向井筒內(nèi)加入足夠的鉆井液, 使得井筒內(nèi)液柱壓力降低, 小于地層壓力, 導致井涌的發(fā)生。

（5）發(fā)生井漏時, 沒有及時補充鉆井液, 井筒內(nèi)液面降低。

（6）起鉆過程中, 鉆具對地層的抽吸作用, 特別是鉆頭發(fā)生泥包時, 起鉆對地層抽吸作用。

2.2 井漏發(fā)生的原因分析

井漏也是一種比較常見的鉆井工程事故, 根據(jù)井漏發(fā)生的劇烈程度, 可以分為滲漏、小漏、大漏以及鉆井液只進不出。井漏在鉆井過程中較為常見, 一旦發(fā)現(xiàn)井漏, 要及時處理, 避免釀成重大鉆井事故。通常滲漏和小漏會導致鉆井施工中鉆井液消耗量增加, 推高了鉆井施工成本。當發(fā)生大漏或者鉆井液只進不出的漏失時, 要高度重視, 防止出現(xiàn)井壁垮塌、卡鉆等工程事故, 漏失部位如果發(fā)育油氣層, 還可誘發(fā)井噴。井漏發(fā)生時, 在鉆井工程參數(shù)上會有預兆, 應及時發(fā)現(xiàn), 井漏事故處理起來難度較大, 因此, 及時發(fā)現(xiàn)井漏、采取正確的措施進行控制, 對于安全高效鉆井具有重要意義。井漏發(fā)生的原因歸結起來主要有以下幾條：

（1）地層條件復雜, 孔隙、裂縫較發(fā)育, 特別是碳酸鹽巖地層, 由于溶蝕作用會形成規(guī)模較大的溶洞, 一旦鉆遇溶洞, 容易發(fā)生鉆井漏空, 發(fā)生井漏[3]。

（2）鉆井液密度設計過大, 導致井底壓力遠大于地層破裂壓力, 地層被壓裂, 鉆井液進入地層, 導致出現(xiàn)井涌。

（3）下鉆過程中, 鉆具下入太快, 使得井底壓力激增, 導致發(fā)生井漏。

（4）地層條件復雜, 存在低壓地層, 鉆開地層后, 因壓力過低, 鉆井液進入地層發(fā)生井漏。

3 井涌井漏的監(jiān)測

3.1 井涌的監(jiān)測

在鉆井施工過程中容易出現(xiàn)井涌, 應做好監(jiān)測預警, 及時準確發(fā)現(xiàn)井涌, 采取有效措施進行控制, 如若發(fā)現(xiàn)不及時或控制不當, 容易使井涌加劇, 導致井噴事故的發(fā)生。根據(jù)不同階段, 井涌的監(jiān)測及預警方式也不同。

（1）鉆進階段井涌監(jiān)測。在鉆進過程中, 應提前了解區(qū)塊地質(zhì)情況, 預判地層壓力異常區(qū)域, 及時發(fā)現(xiàn)井涌征兆。對于一些鉆井異常情況, 例如鉆井突然加速、放空等現(xiàn)象要重視起來。通常鉆開油氣層后, 由于儲層還有烴類氣體, 氣測值會上升, 鉆井液出口流量、壓力、密度均會出現(xiàn)不同程度降低, 如若氣測值持續(xù)上升, 池體積持續(xù)增大, 出口密度持續(xù)下降, 當達到一定門限后, 即可確定為井涌, 此時應及時通知鉆井隊, 采取必要措施來控制井涌。如果措施并未奏效, 井涌沒有得到有效控制, 應發(fā)出井噴警報。

（2）起下鉆過程中井涌的監(jiān)測。大多井涌事故都發(fā)生在起下鉆過程中, 特別是鉆開油氣層后, 起下鉆過程中施工措施不當, 極易導致井涌、井噴的發(fā)生。

起鉆過程中發(fā)生的井涌多是因為沒有按照設計加入足夠量的鉆井液, 導致井筒內(nèi)液面降低, 當井筒內(nèi)液面下降, 井筒內(nèi)壓力降低, 小于地層壓力時, 地層流體進入井筒內(nèi), 形成井涌。此外, 當鉆頭發(fā)生泥包或起鉆過快時, 起鉆過程會產(chǎn)生較強的抽吸作用, 使得井筒內(nèi)出現(xiàn)負壓, 地層流體進入井筒形成井涌。因此, 起鉆過程中, 應時刻留意井口有無溢流情況, 如果發(fā)現(xiàn)溢流, 應立即采取措施予以控制。

下鉆過程中井涌多是因為下鉆速度過快, 引起井底壓力激動, 井筒內(nèi)液柱壓力大于地層壓力, 井筒內(nèi)鉆井液進入地層, 當井筒內(nèi)漏失的鉆井液量過多, 井筒內(nèi)液柱小于地層壓力, 此時, 地層流體會進入井筒, 引起井涌。因此, 在下鉆過程中, 應加強對鉆井液返出的監(jiān)測, 發(fā)現(xiàn)井涌跡象應采取有效措施, 進行控制。

3.2 井漏的監(jiān)測

井漏是較為常見的鉆井工程異常情況, 當出現(xiàn)井漏預兆時, 應準確判斷發(fā)生井漏原因, 采取合理措施進行處理。做好井漏的監(jiān)測是關鍵, 在監(jiān)測井漏方面, 首先應了解區(qū)塊地層壓力情況, 做好井筒壓力監(jiān)測, 井漏最直接的表現(xiàn)是鉆井液體積減小, 錄井池體積能夠較好地反映井漏的發(fā)生。根據(jù)不同階段發(fā)生的井漏, 判別方法不同。

（1）鉆進階段井漏監(jiān)測。在鉆進階段, 需要不斷消耗鉆井液, 鉆井液體積會出現(xiàn)波動, 單依靠鉆井液監(jiān)測井漏, 準確率不高, 需要綜合考慮錄井工程參數(shù)。正常情況下, 機械鉆速較低時, 鉆井液體積變化相對較小, 通過鉆井液體積變化是發(fā)現(xiàn)井漏的主要手段, 當機械鉆速變化較快時, 還需要考慮鉆井液密度、地層壓力、泵沖等參數(shù)的變化, 同時結合錄井識別的地層巖性情況, 當?shù)貙訚B透性較好時, 鉆井液體積如出現(xiàn)較大變化, 可能是井漏的預兆, 需要結合其它參數(shù)進行排查確定。

（2）起下鉆過程中井漏。起下鉆過程中監(jiān)測井漏, 需要了解區(qū)塊地層情況、地層壓力情況、起下鉆過程中鉆井液返出情況, 通過綜合分析, 判斷鉆井異常的情況。起鉆時, 通常起出一點數(shù)量鉆具, 需要注入固定量的鉆井液。當注入鉆井液量增加時, 可能是出現(xiàn)了井漏。在下鉆過程中, 由于鉆具下入過快, 地層壓力發(fā)生激動, 當壓力激增時, 可能導致地層破裂, 引起井漏。通過分析下入固定量鉆具, 鉆井液返出量有無增加, 來判斷有無井漏的發(fā)生。此外, 需要分析鉆井液出口溫度、電導率變化, 當有鉆井液返出時, 電導率明顯增大。鉆井液有返出時, 冬季溫度變化明顯, 夏季溫度變化不明顯。

4 實例分析

在鉆井現(xiàn)場, 加強對井涌井漏的監(jiān)控對于安全高效鉆井意義重大。隨著信息技術的發(fā)展, 各種隨著監(jiān)測軟件及系統(tǒng)應用而生, 雖然各種軟件大同小異, 最根本的原理都是從分析鉆井參數(shù)出發(fā), 針對井涌井漏響應最明顯的參數(shù), 確定優(yōu)先級, 然后每項參數(shù)確定一個門限值, 變化超過門限即發(fā)出預警。

ZS11井發(fā)生井涌時的參數(shù)變化情況, 該井鉆至2393m時, 全烴值快速上升, 立管壓力下降明顯, 同時總池體積上升, 反映地層流體進入井筒內(nèi), 導致返出鉆井液量增加。隨著地層流體進入井筒內(nèi), 返出的鉆井液密度下降。綜合以上信息, 綜合判斷該井發(fā)生井涌, 現(xiàn)場人員及時通知鉆井隊, 采取合理措施進行處置, 確保了鉆井施工安全。