淺氣層井井控特點(diǎn)分析及預(yù)防對(duì)策研究

陶加奇

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411）

1 概述

鉆井施工工藝的高速發(fā)展中，面臨各類疑難井況問題或井控問題，針對(duì)淺氣層井實(shí)施井控的技術(shù)水平也獲得了進(jìn)一步優(yōu)化。然而在實(shí)際施工當(dāng)中，部分工程技術(shù)人員會(huì)出現(xiàn)疏忽大意的狀況，在應(yīng)對(duì)淺氣層井控制中未采取有效預(yù)防措施，進(jìn)而導(dǎo)致井涌或井噴事故的產(chǎn)生。淺氣層井顧名思義存在于較淺的地層當(dāng)中，故其鉆井液柱壓力以及地層平衡壓力也相對(duì)較低，鉆采當(dāng)中產(chǎn)生的氣體進(jìn)入礦井后極其容易產(chǎn)生地層失衡問題。當(dāng)?shù)貙雍途g的平衡被破壞時(shí)，礦井內(nèi)氣體將會(huì)經(jīng)由井口迅速噴出，在到達(dá)地面井口后疏松軟土地基將會(huì)產(chǎn)生地層沖擊和噴出事故，導(dǎo)致泄露問題產(chǎn)生，管理風(fēng)險(xiǎn)將因此增大。

2 淺氣層井成因及井涌井噴的主要特點(diǎn)

施工當(dāng)中的淺氣層氣井所具有的特征為低埋藏深度、儲(chǔ)量低，在目前已有的技術(shù)條件下商業(yè)開采價(jià)值不理想的儲(chǔ)層。淺氣層一般在地質(zhì)層位中居于上第三系和第四系等較淺的地層當(dāng)中。在實(shí)際開采當(dāng)中，國(guó)內(nèi)外的大部分海灣區(qū)塊和長(zhǎng)期開發(fā)油田、海洋大陸架地區(qū)鉆井施工中經(jīng)常會(huì)遭遇淺氣層[1]。

2.1 淺氣層的成因

在通常情況下由于地層沉積速度較大，在沉積過程中地層壓力未能得到全部釋放，快速沉積行為導(dǎo)致了淺氣層井的形成。對(duì)于大部分的沉積井來(lái)說(shuō)，其埋藏深度低，體積緊密導(dǎo)致井內(nèi)壓力大，能量的瞬間釋放導(dǎo)致井況難預(yù)測(cè)性，鉆井施工將會(huì)面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 淺氣層井中井涌發(fā)生特點(diǎn)

淺氣層的敏感度對(duì)井內(nèi)靜液柱壓力響應(yīng)較為敏感，在淺氣層地層中實(shí)施起下鉆施工活動(dòng)過程中，會(huì)產(chǎn)生井筒內(nèi)柱壓力出現(xiàn)不平衡的情況，導(dǎo)致氣體進(jìn)入井眼，故采用拔活塞或起鉆抽吸活動(dòng)，時(shí)間只有若干分鐘的間隔，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，有效控制措施執(zhí)行難度較高。

在淺氣層井開發(fā)中產(chǎn)生井噴事故時(shí)通常具有較高的處理難度，地層疏松以及淺層氣埋藏較淺等特性會(huì)造成套管處地層承載壓力的能力較差，在關(guān)閉地層時(shí)很容易導(dǎo)致地層憋漏，造成地下井噴狀況的產(chǎn)生，同時(shí)也容易導(dǎo)致地表破裂，造成井噴，威脅周邊環(huán)境和人員的生命安全。同時(shí)由于難以對(duì)井口進(jìn)行控制，會(huì)導(dǎo)致井噴的處理難度大于常規(guī)井。

在淺層氣井中產(chǎn)生井涌時(shí)，通常事故范圍會(huì)較大。因?yàn)闇\層氣井噴發(fā)會(huì)造成井內(nèi)泥漿迅速清空，造成井眼報(bào)廢或井口塌陷以及進(jìn)一步失控事故的發(fā)生，并造成火災(zāi)對(duì)鉆井設(shè)備的損壞。若氣體從井口周邊地面噴出，將會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)整體下陷等其他嚴(yán)重問題。

淺氣層在實(shí)際施工當(dāng)中難以及時(shí)預(yù)測(cè)，經(jīng)常在無(wú)預(yù)兆的情況下突然出現(xiàn)。目前已有的淺氣層井預(yù)測(cè)方法還存在缺陷，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。部分國(guó)外公司在進(jìn)行鉆井時(shí)即便地層資料中未顯示淺氣層，同樣需要完成安裝分流器。而我國(guó)的井口控制裝置經(jīng)常無(wú)防噴器的限制，在溢流產(chǎn)生時(shí)，很容易產(chǎn)生范圍較大的溢流[2]。

3 淺氣層的檢測(cè)

在施工過程中檢測(cè)淺氣層并探究其對(duì)鉆井可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，需要在進(jìn)行鉆井液設(shè)計(jì)和確定套管程序之前，確定地下是否存在淺氣層。目前使用的淺氣層預(yù)測(cè)方法為高分辨地震數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)法。目前已經(jīng)有預(yù)測(cè)深達(dá)900m 淺沉積剖面的淺氣層預(yù)測(cè)技術(shù)以及新型地球物理設(shè)備。一些高分辨率的電弧地震勘測(cè)技術(shù)與亮點(diǎn)分析技術(shù)有助于預(yù)測(cè)淺氣層。電力機(jī)動(dòng)淺層剖面儀的最佳分辨率可達(dá)120m,這種設(shè)備能給出有關(guān)活動(dòng)的和非活動(dòng)的儲(chǔ)氣層的資料。水柱氣泡檢測(cè)儀可以發(fā)現(xiàn)氣體滲漏,這種滲漏是淺層含氣的直接顯示。無(wú)泡電火花測(cè)量?jī)x可進(jìn)行沉積速度分析并能提供深度達(dá)300m的活動(dòng)與非活動(dòng)的氣體儲(chǔ)層情況[3]。

上述測(cè)量可在實(shí)際施工當(dāng)中同時(shí)進(jìn)行，此測(cè)量方法被稱為多重探測(cè)。其他探測(cè)法還有:繪制探測(cè)圖的水深掃描、測(cè)面掃描聲納，它們能顯示出水底的各種不規(guī)則的情況及海底的堆積層。除此之外，還有各種磁力表、調(diào)諧傳感器、剖面儀等。上述提到的探測(cè)手段在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可具體分析井位地質(zhì)狀況后實(shí)施采用，然而在相當(dāng)大的程度下，只有確定到鉆探氣層的位置才能真正確定到淺氣層。為應(yīng)對(duì)實(shí)際的淺氣層井施工狀況必須對(duì)井下狀況密切監(jiān)控，以下幾點(diǎn)是值得參考的[4]。

（1）溢流測(cè)定是鉆井設(shè)計(jì)時(shí)的必要步驟，主要步驟為對(duì)附近井的狀況實(shí)施分析對(duì)比，標(biāo)定有概率遇到的壓力化地層和含硫氣體地層、漏失層以及情況復(fù)雜的地層。

（2）鉆井過程當(dāng)中，為判斷溢流狀況，需要依據(jù)井上的間接顯示或直接顯示，熟悉井下溢流的形成原因，加深對(duì)溢流的發(fā)生發(fā)展過程認(rèn)識(shí)，利用恰當(dāng)設(shè)備對(duì)液柱壓力驟然減少實(shí)施測(cè)定，采用適宜設(shè)備以及技術(shù)檢測(cè)地層在開采當(dāng)中容易產(chǎn)生的瞬時(shí)化地層增加，可準(zhǔn)確識(shí)別地層壓力與靜液壓力二者之間失去平衡的先決狀況。

（3）溢流產(chǎn)生以及發(fā)展并不是瞬間完成的，而是存在一定過程的。鉆井人員對(duì)于潛在溢流情況或潛在溢流事故產(chǎn)生，必須實(shí)施觀察和分析。鉆井施工者必須對(duì)井下狀況實(shí)施密切監(jiān)控，針對(duì)有可能產(chǎn)生的井控問題，必須有效監(jiān)測(cè)地面壓力和溢流狀況，控制井內(nèi)異常狀況產(chǎn)生的概率，控制溢流產(chǎn)生的危險(xiǎn)性。

4 預(yù)防淺氣層井涌井噴的主要對(duì)策

4.1 選取合理的鉆井液密度

選取合理鉆井液密度的要義是防止淺氣層井的井噴和井涌事故，其產(chǎn)生原因是鉆井時(shí)液柱壓力產(chǎn)生明顯波動(dòng)，地層壓力平衡被破壞。實(shí)際施工當(dāng)中必須強(qiáng)化已完鉆開發(fā)井和探井的施工情況，準(zhǔn)確分析井下情況，統(tǒng)合測(cè)井資料和錄井資料，針對(duì)地層孔隙壓力與破裂壓力實(shí)施技術(shù)指標(biāo)監(jiān)控，令鉆井液達(dá)到平衡地層壓力的效果，規(guī)避地層壓漏等狀況[5]。

4.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在淺氣層井鉆井開展中引起井噴、井涌的重要原因是抽吸速度太快。為有效降低礦井控制風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)礦井結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，避免鉆井速度過快。根據(jù)油田淺氣層測(cè)井結(jié)構(gòu)調(diào)查，將包括淺氣層在內(nèi)的井段測(cè)井改為三開孔測(cè)井，不僅能有效地避免鉆井抽水現(xiàn)象的發(fā)生，而且能有效地控制整個(gè)礦井液柱壓力大小，這樣就可以提高采掘生產(chǎn)效率。

4.3 優(yōu)化鉆具組合

在淺氣層井，鉆井施工開展中不同的鉆具也會(huì)產(chǎn)生不同的施工效果。為減少鉆進(jìn)和抽吸的發(fā)生，與采用垂直鉆具組件相比，采用全鉆工具組件或帶有更多螺紋支撐的擺動(dòng)鉆具組件取代垂直鉆具組件。采用210mm 的方管接頭，可取代214mm 螺旋扶正器，使抽吸現(xiàn)象最小化。

5 淺氣層井噴、井涌的處理方法

5.1 關(guān)井

在淺氣層井產(chǎn)生井噴、井涌事故時(shí)，需要對(duì)井口情況實(shí)施判斷，觀察其極限壓力的數(shù)值和位于表層套管下部的深度。實(shí)施關(guān)井時(shí)必須依據(jù)實(shí)際施工狀況進(jìn)行，需要在關(guān)井環(huán)節(jié)施工中對(duì)套壓完成觀察，保障極限套壓在可控范圍內(nèi)，以避免施工區(qū)域地層被壓裂，造成事故進(jìn)一步發(fā)生。鑒于在淺氣層井產(chǎn)生井噴事故當(dāng)中會(huì)有大量氣體產(chǎn)生，完成關(guān)井后井內(nèi)壓力會(huì)有一個(gè)上升的過程。施工人員應(yīng)當(dāng)細(xì)致觀察井口壓力以實(shí)現(xiàn)對(duì)井內(nèi)套壓的判定。若套壓具有升高狀況，則證明井內(nèi)氣體有上升趨勢(shì)，在井內(nèi)壓力趨近極限套壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)該井實(shí)施降壓處理，所采用的方法一般包括容積法或立管壓力法，讓井身保證完整性[6]。

5.2 分流

在臨界壓力大于套管層可承受壓力時(shí)，為保障安全，必須采用轉(zhuǎn)換措施進(jìn)行分流。在表層套管在地層中距離較淺時(shí)，氣體沿井口附近地層受到擠壓作用時(shí)切忌關(guān)井，以規(guī)避井筒充氣壓力過高導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生，而應(yīng)當(dāng)關(guān)閉泥漿池出液管。為確?；鼐刂普w效果，需要根據(jù)正常工作操作流程，對(duì)放噴裝置進(jìn)行裝配，用分流手段對(duì)地層下的噴發(fā)問題進(jìn)行解決。若分流器未安裝或已被拆卸下來(lái)，就需要開啟節(jié)流管，讓環(huán)形防噴器和節(jié)流管分開液流。由于節(jié)流管體積較小，故一部分背壓力會(huì)被分流到地層當(dāng)中，此部分被分流的壓力不會(huì)對(duì)地層完整性進(jìn)行破壞。若侵入地層的氣體性質(zhì)為有毒害的（如含硫氣體），將可能會(huì)造成周邊環(huán)境污染，此時(shí)必須在1h內(nèi)進(jìn)行尾氣點(diǎn)燃以保證周邊群眾生命安全與環(huán)境安全[7]。

6 結(jié)語(yǔ)

淺氣層井鉆井施工流程中，每一環(huán)節(jié)技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)施加高度重視，從一次井控出發(fā)，完成工程充分準(zhǔn)備并提升淺氣層井井控防范關(guān)注度，以有效對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的各類問題。防范溢流是井控環(huán)節(jié)當(dāng)中最為關(guān)鍵的一個(gè)部分，井隊(duì)施工隊(duì)伍必須對(duì)油氣層鉆井井控技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，避免麻痹大意等思想情緒的產(chǎn)生，在溢流事故發(fā)生初期就應(yīng)當(dāng)做好關(guān)井措施，對(duì)疑似溢流的事故前兆及時(shí)預(yù)警，對(duì)井控險(xiǎn)情進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)控制淺氣層井噴的最終目標(biāo)。一些施工場(chǎng)地中區(qū)塊含有淺氣層井，在施工中必須高度重視并對(duì)鉆井液液柱壓力實(shí)施利用，讓其和地層壓力形成平衡狀態(tài)并對(duì)鉆井液性能和井體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，在保障施工工期的條件下控制鉆井液粘度。依據(jù)區(qū)塊條件特征，可選用移除扶正器的鉆具組合，以避免抽吸起鉆等狀況的產(chǎn)生，將淺氣層井井控風(fēng)險(xiǎn)控制在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)以保障鉆井工程的進(jìn)一步發(fā)展。