鉆井井控壓井方法應(yīng)急決策探討

汪光太 高魁旭 吳 虹

中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

鉆井井控壓井方法應(yīng)急決策探討

汪光太 高魁旭 吳 虹

中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

通過全面分析影響壓井方法應(yīng)急決策的主要因素，提出及時(shí)性、安全性、有效性和低成本為原則的壓井方法選擇依據(jù)，初步架構(gòu)井控壓井方法決策流程，有助于增強(qiáng)關(guān)井后的早處理意識(shí)和提高鉆井井控全程應(yīng)急管理能力。

井控 應(yīng)急管理 壓井決策

隨著油氣勘探鉆井越來越深、環(huán)保要求越來越高，高壓、高含硫、高危的“三高井”比例逐漸增加，特別是氣井鉆井?dāng)?shù)目的日益增多，使得在鉆井過程中壓井難度也明顯增加。

鉆井井控壓井環(huán)節(jié)是井控突發(fā)事件的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源。要防止井噴事故，首要環(huán)節(jié)就是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流險(xiǎn)情，并立即關(guān)好井，但關(guān)好井并不意味著安全。在生產(chǎn)實(shí)際中，進(jìn)行多次同方法重復(fù)性壓井作業(yè)，還不能有效控制和排除溢流的實(shí)例并非個(gè)別，更危險(xiǎn)的是不少井噴事故是在關(guān)井后的壓井作業(yè)期間發(fā)生的。據(jù)不完全抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在關(guān)井后的壓井作業(yè)期間因壓不住井、不能有效控制和排除溢流而導(dǎo)致發(fā)生井噴事故的井占所有井噴失控事故井的比例一度達(dá)到40%以上。

1 鉆井井控壓井可選方法

壓井作業(yè)是鉆井井控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。壓井作業(yè)在某種意義上雖然屬于設(shè)計(jì)變更管理的范疇，但不僅僅是調(diào)整鉆井液密度，往往還會(huì)牽涉到優(yōu)選壓井方法、方案的問題。

一提到壓井，人們最常想到的是司鉆法壓井(即鉆井承包商法壓井)、工程師法壓井(即等待加重法壓井)。井控操作培訓(xùn)和模擬器上壓井模擬也常以這2種方法為主，但現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變，有時(shí)采用常規(guī)的司鉆法壓井或工程師法壓井并非最佳，甚至不能達(dá)到壓井目的，而需要采用其它如下井控壓井方法和相應(yīng)配套措施。

正循環(huán)司鉆法壓井（即常規(guī)司鉆法壓井）；

正循環(huán)工程師法壓井（即常規(guī)工程師法壓井）；

反循環(huán)司鉆法壓井；

反循環(huán)工程師法壓井；

循環(huán)加重法壓井；

壓回法壓井（擠壓法、平推法、硬頂法）；

置換法壓井；

立管壓力控制法；

體積控制法；

低節(jié)流壓力法。

作為排除溢流的壓井作業(yè)這一環(huán)節(jié)，技術(shù)是最復(fù)雜的，難度也相當(dāng)大，易發(fā)生井噴失控事故。在實(shí)際井控壓井應(yīng)急決策中如何優(yōu)選方案，顯得尤為重要，這就需要熟悉各壓井方法的適宜條件、主要影響因素，分析不同的井況、工況，才能做出有效決策。

2 壓井方案應(yīng)急決策的影響因素

發(fā)生各種溢流、井涌關(guān)井時(shí)的情形不盡相同，有時(shí)會(huì)遇到諸如溢流中含硫化氫、井漏、鉆頭不在井底、空井等工況，以下都是在確定壓井方法、方案時(shí)值得考慮的因素，其中有些甚至是決定性因素。

2.1 硫化氫（H2S）

硫化氫是一種劇毒、可燃?xì)怏w，H2S溶于水后便立即電離呈酸性并具有腐蝕性，H2S水溶液與鋼材發(fā)生電化學(xué)腐蝕后會(huì)釋放出氫，被鋼吸收的氫原子，可使高強(qiáng)度管材產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象而立即損壞，特別是管子處于拉伸狀態(tài)有應(yīng)力集中時(shí)，更易發(fā)生脆性破壞。

如果預(yù)計(jì)硫化氫分壓大于0.3kPa時(shí)，套管、鉆柱等其他管材和地面設(shè)備、工具就應(yīng)考慮抗硫特性。雖然控制鉆井液pH值在9.5以上和采用除硫劑，可以減少出現(xiàn)游離硫化氫的可能性，但存在大量硫化氫侵入時(shí)，采用常規(guī)方法把含硫化氫氣體循環(huán)出去還是存在安全隱患。同福6井就是在因漏而噴后，長(zhǎng)時(shí)間堵漏壓井而未壓住，溢出氣體中硫化氫濃度太高，使鉆具因腐蝕而斷裂落井，最后被迫注快干水泥封井?？刂坪蚧瘹涞囊缌鲏壕?，理想的辦法是將硫化氫壓回到地層中。

2.2 井漏

在鉆井過程中發(fā)生井漏，會(huì)引起井內(nèi)液面下降，使環(huán)空液柱壓力降低而不能平衡地層壓力，可能使較高地層壓力中的流體進(jìn)入井筒，誘發(fā)溢流或井涌，導(dǎo)致上噴下漏或噴漏同層。當(dāng)鉆至高壓油氣水層發(fā)生溢流、井涌、井噴，可能會(huì)因關(guān)井壓力太高或采用較高密度的鉆井液壓井，導(dǎo)致上部低壓地層發(fā)生井漏，形成下噴上漏。

噴、漏層位的相互位置關(guān)系和堵漏、止噴的先后性都會(huì)影響壓井方法的選擇和壓井方案的決策。實(shí)踐表明反循環(huán)堵漏壓井同時(shí)作業(yè)法的成功率是最高的。

2.3 空井

如果是在空井溢流后關(guān)井，意味著井內(nèi)沒有常規(guī)壓井所需的壓井循環(huán)通道，必須采用特殊方法降低井口套壓，以利于強(qiáng)行下鉆，或者直接排除井口套壓。

2.4 井內(nèi)鉆柱的鉆頭位置

鉆頭與溢流層位、溢流物在井筒中的相對(duì)位置對(duì)壓井程序和方案的選擇也會(huì)產(chǎn)生影響，比如溢流物在鉆頭之下，是采用壓回法，還是先采用常規(guī)壓井法打重漿帽，再?gòu)?qiáng)行下鉆或敞口下鉆，就要全面綜合考慮井口設(shè)備配套、套壓、有無硫化氫、有無漏失等多方面情況。

2.5 循環(huán)通道

正常的循環(huán)通道是實(shí)施有效井控和后續(xù)鉆井作業(yè)的必備條件。不但內(nèi)防噴工具、水眼堵塞等會(huì)影響壓井方法的選擇，還會(huì)增加井控的難度。假如下部鉆柱組合中接有止回閥而沒有配套措施，那反循環(huán)法就會(huì)受限；如噴漏同存壓井時(shí)，就要考慮到堵漏材料對(duì)鉆頭噴嘴的潛在影響。

2.6 套壓

套壓是壓井過程中非常重要的監(jiān)控指標(biāo)，在全面掌握地面防噴器額定工作壓力、套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度和裸眼段地層最小地層破裂壓力的基礎(chǔ)上，確定最大關(guān)井壓力，同時(shí)要考慮不同的壓井方法、方案對(duì)套壓升高值的影響，以便預(yù)留足夠的套壓安全余量。

2.7 立壓

立壓是選取壓井方法的重要參考指標(biāo)。如在鉆頭接近井底、無井漏而立壓為零的情況下，可以立即采取司鉆法，節(jié)流循環(huán)檢查溢流或排除侵入流體。

2.8 套管下深

當(dāng)套管下深較大時(shí)，有時(shí)可使最大關(guān)井套壓得到提升，在裸眼井段比較短的情況下，更有利于選用壓回法壓井。例如，有的油田就明確規(guī)定：對(duì)于技術(shù)套管下到油氣層頂部的井(不包括淺氣井)，最大關(guān)井壓力可不考慮套管鞋處的地層破裂壓力。這有利于采用壓回法將含硫化氫的井內(nèi)溢流物擠回地層。

2.9 壓井準(zhǔn)備時(shí)間

如果壓井作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間太長(zhǎng),對(duì)于氣侵或氣油比較高的油侵，易使低密度氣體滑脫上升，而使井口壓力增加到安全極限。為防止憋裂套管或憋漏地層，就要被迫放噴泄壓,高壓放噴泄壓易刺漏地面設(shè)備和管線，同時(shí)造成溢流進(jìn)一步增多、甚至產(chǎn)生井眼坍塌,增加井控難度。在選擇壓井方法時(shí)就應(yīng)有預(yù)見性,及時(shí)采用司鉆法有效排除溢流，防止井口壓力過高。

2.10 加重材料儲(chǔ)備

加重材料儲(chǔ)備不足，會(huì)延長(zhǎng)壓井作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，而產(chǎn)生相應(yīng)的不利因素，影響井控方案的決策和實(shí)施。鉆井作業(yè)過程中必須在現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備足夠的加重鉆井液和儲(chǔ)備足夠的加重材料，應(yīng)避免本應(yīng)儲(chǔ)存在井場(chǎng)的加重材料分片集中儲(chǔ)存。

3 壓井方法選擇原則

鉆井實(shí)踐表明，只有堅(jiān)持早發(fā)現(xiàn)、早關(guān)井、早處理的鉆井井控工作思路，才是確保二級(jí)井控成功、恢復(fù)后續(xù)正常鉆井作業(yè)的關(guān)鍵。特別是諸多不利因素會(huì)影響到壓井方法的選擇，在井筒實(shí)施有效關(guān)井后，要盡早實(shí)施壓井處理?？紤]井中狀況的差異性，綜合分析各種因素對(duì)壓井作業(yè)的影響，按照壓井處理的及時(shí)性、安全性、有效性和低成本原則來選擇相應(yīng)的壓井方法顯得尤為重要。

3.1 及時(shí)性

壓井處理的及時(shí)性一方面體現(xiàn)在要有壓井處理預(yù)案，這在開鉆前就要制定好，納入現(xiàn)場(chǎng)井控應(yīng)急處理范疇，避免臨時(shí)決策而延誤處理時(shí)間。及時(shí)性另一層含義是指所選壓井方法在有效關(guān)井后可以立即付諸實(shí)施，不必等待。例如，在可采用司鉆法和工程師法壓井的條件下，合適密度的壓井鉆井液還未配好，就不應(yīng)等待，優(yōu)先采用司鉆法壓井。

3.2 安全性

安全性是任何工程作業(yè)的首要考慮因素。對(duì)于壓井作業(yè)的安全性主要涉及到以下幾個(gè)方面：

（1）硫化氫：如硫化氫濃度太高、溢流量大，應(yīng)考慮對(duì)鉆柱、地面設(shè)備的潛在破壞性，將溢流壓回地層應(yīng)是首選。

（2）壓井過程中井底壓力：在壓井過程中，作用于井底的壓力應(yīng)始終保持相對(duì)穩(wěn)定，并能平衡地層壓力。

（3）壓井過程中井口壓力：壓井套壓不得超過井口裝置和套管的安全允許值。

（4）地層漏失：確保壓井過程不會(huì)引起壓裂裸眼段薄弱地層而導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的地層漏失。

3.3 有效性

所采取的壓井方法要在排除地層侵入流體、降低或消除井口壓力方面見到實(shí)效，避免放噴引起溢流增加、井控復(fù)雜化和井眼坍塌的危險(xiǎn)。

3.4 低成本

在滿足上述條件下，要采用低成本策略，選擇施工難度小、壓井作業(yè)本身耗時(shí)較少、鉆井液損失盡量小的方法方案，力爭(zhēng)使關(guān)井至排除溢流止的時(shí)間最短，這對(duì)于復(fù)雜地層和氣體溢流顯得尤為重要，可以減少井下復(fù)雜，避免因長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井、氣體滑脫上升而造成的井內(nèi)異常高壓。

4 井控壓井方法方案應(yīng)急優(yōu)選

井控壓井方法方案的選擇是關(guān)系到鉆井井控壓井成敗的重要因素。正是由于關(guān)井以后，井況條件的復(fù)雜性，涉及到多方面的影響因素，要成功壓井，有時(shí)靠一種壓井方法是不夠的，而需要采用幾種方法及其配套措施，這就要有預(yù)定的程序方案。

在確定壓井方案時(shí)，對(duì)于不同的影響因素，按上述原則來優(yōu)選井控和壓井方法時(shí)，還要考慮相應(yīng)的配套措施（見表1），同時(shí)遵從一些優(yōu)先選用的基本原則，即在安全性優(yōu)先基礎(chǔ)上，還要考慮井底常壓法優(yōu)先、司鉆法優(yōu)先、反循環(huán)優(yōu)先和避免暢噴原則，其實(shí)井底常壓法優(yōu)先、司鉆法優(yōu)先、反循環(huán)優(yōu)先和避免暢噴原則本質(zhì)上與安全法優(yōu)先是一致的。

安全性優(yōu)先：即壓井方法的安全性要先于及時(shí)性、有效性和低成本原則來加以比較、考慮。

井底常壓法優(yōu)先：能采用井底常壓法壓井，即能確保壓井時(shí)井底壓力過平衡地層壓力，并保持井底壓力相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，絕不采用井底欠壓的方法壓井，而引起新的溢流侵入。

司鉆法優(yōu)先：指當(dāng)合適密度壓井液還需配制或數(shù)量不夠時(shí)，不再等待采用工程師法壓井，而直接優(yōu)先采用司鉆法壓井。

表1 井控壓井方法首要考慮因素與方法優(yōu)選及其配套措施

反循環(huán)優(yōu)先：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，在井下發(fā)生漏失且漏速較大時(shí)，采用反循環(huán)堵漏壓井同時(shí)作業(yè)法比采用正循環(huán)的堵漏壓井方法效果更明顯、成功率更高，可實(shí)施反循環(huán)堵漏壓井時(shí)應(yīng)優(yōu)先采納。

避免暢噴原則：有預(yù)見性地采取節(jié)流泄壓的井控方法，絕不采用暢噴放噴方法，避免井壁坍塌、埋卡鉆柱。

根據(jù)以上壓井方法選擇依據(jù)和以安全性為基礎(chǔ)的優(yōu)選原則，橫向上按井中鉆柱的有無和相對(duì)長(zhǎng)度，縱向上綜合考慮其他制約條件和配套措施，可以基本形成如圖1所示的井控壓井方法決策流程，從而為制定預(yù)案和鉆井井控壓井方法應(yīng)急決策提供有力支持。

5 建 議

通常在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，強(qiáng)調(diào)最多的就是盡早發(fā)現(xiàn)溢流、及時(shí)進(jìn)行關(guān)井操作。通過早發(fā)現(xiàn)、早關(guān)井措施對(duì)預(yù)防井噴事故的發(fā)生取得明顯的成效。然而，對(duì)關(guān)井后如何早處理強(qiáng)調(diào)的少，重視也不夠，不少井噴事故就是在正確的關(guān)井后發(fā)生的，甚至有些井在實(shí)施壓井作業(yè)未成功后不得不進(jìn)行封井處理。如何避免關(guān)井后還沒有準(zhǔn)備好壓井的條件，井內(nèi)的狀況就已惡化，甚至喪失有利的壓井戰(zhàn)機(jī)，這不但要求在平時(shí)必須隨時(shí)做好能立即壓井的準(zhǔn)備工作，而且要強(qiáng)化井控全程應(yīng)急管理工作，特別是井控壓井方法的應(yīng)急決策。

（1）首先，在開鉆前應(yīng)根據(jù)所鉆區(qū)域的地質(zhì)條件和勘探開發(fā)狀況，不但要制定好一級(jí)井控的保證措施，還應(yīng)制定適用于本區(qū)塊的二級(jí)井控應(yīng)急預(yù)案，明確壓井措施和優(yōu)選壓井方案，避免井控壓井過程中的等(方案)、靠(上級(jí))、要(支援)，使壓井準(zhǔn)備工作提升到能“立即壓井”的準(zhǔn)備高度。

（2）重視現(xiàn)場(chǎng)壓井作業(yè)的監(jiān)督管理，明確井控壓井方法、方案決策人，避免多頭管理。

（3）對(duì)于井控壓井方法方案的選擇應(yīng)堅(jiān)持把安全性作為第一優(yōu)先原則。

（4）對(duì)于井漏速度較大的壓井，在無其它限制情況下，應(yīng)優(yōu)先采用成功率高的反循環(huán)堵漏壓井同時(shí)作業(yè)法。

（5）在可用工程師法壓井，但不能立即實(shí)施時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用司鉆法壓井。

[1]吉永忠,高強(qiáng),蘭霞,等.對(duì)同福6井上噴下漏處理的認(rèn)識(shí)[J].鉆采工藝,2003,26（5）:98-100.

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[3]孫振純,夏月泉,徐明輝.井控技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005.

The bases of selecting well-killing methods are put forward through analyzing the main factors of influencing emergency decision,and they are timeliness,safety,effectiveness and low cost.Preliminary well-killing decision-making framework is constructed,which is helpful to enhance early treatment awareness after shut-in and improve entire emergency management capacity in well control process.

well control;emergency management;well-killing decision

汪光太（1966-），男，高級(jí)工程師，先后從事水平井技術(shù)研究、工程技術(shù)服務(wù)、監(jiān)督技術(shù)管理工作。

尉立崗

2012-09-10▌