順北區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用和鉆井整體工藝水平日益提高的今天，人們已認識到：對復雜地層、安全優質鉆井，必需要把井控技術作為研究和發展的重要內容。只有井控工藝和技術發展了，才能保證鉆井過程的井控安全，才能最大限度的開發和利用油氣資源。文章在對石油鉆井行業中出現井噴和井噴失控所造成的危害進行介紹后，通過對順北區塊油藏特點和溢流案例的分析以及新技術的應用，總結出適合順北區塊碳酸鹽巖裂縫性氣藏的井控推薦做法。

關鍵詞：井噴危害;順北區塊;裂縫性氣藏;溢流案例;控壓鉆井;氣滯塞

1 井噴的危害

通過對井噴事故的分析可以得知，井噴是十分嚴重的災難性事故，并且將會產生巨大的損失。井噴所帶來的危害主要有以下幾個方面：

1.1 擾亂正常工作秩序，影響全局生產

一旦井噴失控，應立即啟動井控應急預案，成立相應的指揮組、技術方案組、調度保障組等應急機構全面組織、指揮搶險工作。必要時還需兄弟單位、地方政府的支援，以及動用消防車輛，組織搶險隊伍等。

1.2 使鉆井事故復雜化、惡性化

井噴發生后，井下壓力平衡關系被徹底打破，井眼壓力狀況發生了顯著變化，井壁沖刷失去穩定，井眼擴大，易造成卡鉆等衍生事故。

1.3 井噴失控極易引起火災和地層塌陷，造成環境污染

鉆井過程中，若技術套管下入深度沒有封隔住易破碎易漏地層，則會發生井噴流體憋破地表、造成地面下陷、環境污染等重大問題。同時，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時發生溢流，關不上試油防噴器，在搶接油管掛過程中又因缺少相應工具無法實現油管掛坐封，導致井噴失控。大量原油噴出地面，導致一位員工H2S中毒死亡。

1.4 損害油氣層，破壞油氣資源

井噴將造成油氣儲量的損失，嚴重的導致儲量枯竭或產層生產能力破壞，使油氣層不再具有工業開采價值。我國四川地區長桓壩氣田長1井嘉陵江組氣藏井噴，噴出的氣量已經遠遠的超出了1000×104m3/d，根據不完全統計，此次井噴所導致的天然氣損失達到了4.61億立方，估計占據該氣田天然氣總儲備量的六成，使得氣田在最近幾年失去了可以開采的價值。

1.5 造成鉆機設備毀壞、陷落

1989年1月青海油田臺南2井取心起鉆途中發生溢流，由于操作不當，防噴器未能關住井口，發生嚴重井噴，大量氣流泥沙噴出，把井口的巖心筒及鉆鋌、轉盤一起頂出12m高，3min后二層臺起火，造成1人當場死亡，9人受傷，并導致井架底座、游動滑車、大鉤、水龍頭、轉盤、全套液壓防噴器及節流管匯、2臺振動篩、巖心筒、鉆鋌等燒毀損壞，全井報廢的重大經濟損失。

1.6 覆蓋面積較廣，影響周圍安全

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，未能及時點火，造成井場周圍居民和井隊職工共243人死亡，賠償金額共計3300萬元。罹難家庭190余戶，1萬多人入院醫治，約6萬人緊急疏散，直接經濟損失2.6億元[1]。

2 順北區塊井控案例

2.1 油藏特點

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層。存在異常高壓層，來勢兇猛，溢流量大，關井后套壓高難以處理。順北區塊緊鄰果勒、躍滿區塊，而果勒、躍滿區塊均有鉆遇異常高壓案例。如果勒2井在四開采用168.3mm鉆頭比重1.60的鉆井液鉆進至7628.04m溢流關井，立壓13MPa（鉆具內有浮閥），套壓35MPa，采用2.0g/cm3的壓井液壓回法壓井成功。順北區塊碳酸鹽巖氣藏與其他碳酸鹽巖氣藏對比情況見表1。

從表1可以看出，順北區塊碳酸鹽巖氣藏地質條件更復雜。

傳統的井控理論和井控工藝，是以“井筒流動模型、井筒氣體狀態模型和井筒安全窗口模型”為基礎構建的，它適用于“滲透性地層、純天然氣的溢流和直井”?？p洞型氣藏不滿足達西滲流條件，流動阻力很小，井內壓差幾乎沒有安全窗口，由于重力置換表現為“噴漏同層”，傳統的井控工藝不完全適用于順北縫洞型氣藏，主要表現在：

①儲層被鉆開以后，比較容易發生溢漏同存的現象，難以確保井筒的壓力處于靜平衡的狀態;

②在儲層鉆進的過程中，全烴值相對比較高，并且氣測值對于鉆井密度所表現出來的敏感度不高，氣體將會持續性的侵入到井筒當中污染鉆井液。

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鉆井隊承鉆施工任務的順北3井四開鉆進至井深8120.24m后產生溢流，地層鷹山組。關井后立壓8MPa，套壓14MPa，折算地層當量密度1.65g/cm3。經使用密度1.55g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3、1.80g/cm3、1.85g/cm3泥漿節流壓井未建立井筒壓力平衡，當用1.85g/cm3泥漿節流循環時發現漏失，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，也未實現壓力均衡。至21日0：05關井察看，立壓上漲至13.5MPa，套壓上漲至13.3MPa，期間井隊配制2.0g/cm3重漿180m3，隨后井隊用2.0g/cm3重漿平推壓井，共平推2.0g/cm3壓井液93.45m3，開井后液面在井口，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井隊承鉆施工的順北53X井取心鉆進至7750m，地層一間房組。井隊坐崗工發現循環罐液面上漲1.6m3并匯報值班干部（值班干部在司鉆房），值班干部確認發生溢流后立即割心，7：40關井成功，關井立壓6.5MPa（帶單流閥，停泵后回壓），套壓由2↑18MPa（一直穩至頂泵求立壓前），立壓無變化。校核后實際溢流量15.56m3（割芯及上提鉆具期間溢流量快速增大至2m3/min）。用開泵頂通的方式求取立壓，立壓19MPa，套壓19MPa;計算地層當量密度1.64g/cm3。

2.2.2.1 鉆井隊首先采用平推方式壓井

環空第一次平推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，通過節流閥放壓，套壓由22↓16.5MPa。后續在準備平推水眼的過程中為了防凍，分兩次環空平推了6m3。累計環空泵入密度2.0g/cm3的重漿66.7m3，環空重漿井段：井口-5100m。壓裂車水眼泵入密度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，平推壓井難以實施。

2.2.2.2用泥漿泵節流循環壓井

排量8-9L/s，累計泵入密度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，開井，無溢流，壓井成功。

2.2.3 由以上兩口井井控事件可得出以下認識

①采用傳統的近平衡壓井工藝，氣體會持續進入井筒，造成井口壓力越來越高，井控風險越來越大;

②順北區塊壓井方式并不固定，如順北3井選擇節流循環壓井未成功，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，最終節流循環壓井成功;

③壓井時節流排量也是關乎壓井成敗的重要因素之一，至少要大于泥漿污染的速度，不然環空壓力一直起不來，導致壓井失敗;

④一間房及鷹山組儲層屬于異常高壓地層，地層壓力124-130MPa，當量密度1.64g/cm3，而實際壓井泥漿密度都在2.0-2.2g/cm3。針對探井，發生溢流建議壓井液密度取預測地層破裂壓力當量密度或是前期施工的裸眼最高承壓當量密度;

⑤當揭開儲層后，由于巨大壓差，地層壓力以300m/s的速度向上傳遞，地層流體以越來越快的速度推動泥漿往上涌，溢流越來越快，造成溢流量較大。能否做到快速關井是保證壓井成功的關鍵;

⑥目的層鉆進嚴格執行打單根的方式鉆進，即鉆進時保證旋塞位于轉盤面以下，如發生溢流，保證旋塞在井口，方便開關;

⑦井隊員工必須明白并貫徹執行“發現溢流立即關井、疑似溢流關井觀察”的原則。

3 順北區塊井控安全新技術應用

3.1 控壓鉆井技術

在順北碳酸鹽巖裂縫氣性氣藏裂縫發育的過程當中，比較容易出現氣體和液體置換的現象，從而導致出現同時存在著漏失和溢流的現象。所以，為了切實保證井控的安全性，建議在施工的環節中選擇使用控壓鉆井的方式展開。

在控壓鉆井的時候，其所選擇是使用的工藝基本特點如下所示：

第一，能夠對出口位置的流量值展開實時監測，并且及時反饋壓力等參數值，保證完成初期階段的溢流和井漏發現工作。

第二，可以對井口位置的回壓作出有效控制，從而實現鉆進與循環排氣共同展開的目的，將非生產時效盡可能降低。

第三，對井口位置回壓和井底位置的壓力作出精細化控制，保證井底位置恒壓鉆井。

從圖2 可以看出，控壓起鉆過程中井底循環當量密度維持在1.85g/cm3左右，井底壓力控制比較平穩[2]。

3.2 高溫氣滯塞技術

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比較困難的，在裂縫當中所產生的氣體比較容易與井筒當中的鉆井液產生置換。當氣體進入到井筒以后，便會導致滑脫效應發生，增加循環排氣所消耗的時間，儲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40%左右，比較容易出現溢流和漏失同時出現的現象，進而導致在儲層段位置出現鉆井的時效降低，拉大鉆井的時間周期，抬高井控的風險程度。

順北2井使用氣滯塞前后全烴值對比情況

當前在我國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型，一種是高含量膨潤土漿，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泥漿污染問題，相對而言，其不適合被使用在順北碳酸鹽巖裂縫性氣藏。通過實驗分析靜切力是影響氣滯塞能力的關鍵因素，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。選用國內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，測試其黏切性能，結果加入SMRM的4%KCL溶液在200℃下老化后，切力最高，動塑比達到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% 抗高溫表面張力調節劑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]。

順北區塊氣滯塞技術已經成功應用在多口井的施工中，如順北評1井，取芯作業，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，使用氣滯塞技術油氣上竄速度降至5-10m/h，降低80%，為順利測井提供了安全保障。順南7井，氣竄速度由105m/h降至滿足封井需求，憋壓候凝53h，開井循環未見氣。順北3井，打氣滯塞保證起甩油管等井口作業，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，在儲備足量的加重鉆井液前提下，應使用工程師法進行壓井;如重漿不足，加重等候時間較長，運用司鉆法排除污染鉆井液避免井口壓力過高;

②如鉆遇大裂縫或溶洞，出現失返性漏失，推薦使用壓回法壓井;

③針對含硫氣藏井出現溢流建議首選壓回法壓井;

④壓井法應用范圍;

⑤壓井法選擇。壓井法選擇推薦如表4所示。

5 結論

①采用微過平衡壓力鉆井，順北區塊氣井鉆井液密度的選擇建議應在氣井安全系數高限附加基礎上再附加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。氣滯塞可使氣體上竄速度降低，但形成結構之前，氣體在氣滯塞內部上竄會損壞其結構力，建議在氣層頂部300m以上井段泵入，預留一定時間使其形成結構;

④為了確保井控安全，在鉆井期間如發生溢流要根據實際情況合理選擇壓井方法，盡量做到正確處置，盡早處置。同時還要積極應用先進的井控技術，避免井控事故的發生。

參考文獻：

[1]雍自強，趙金洲等.鉆井井控工藝技術[M].北京：中國石油大學出版社，2008.

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