威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣鉆井井控技術(shù)研究與應(yīng)用

國(guó)洪云

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井一公司，遼寧盤(pán)錦 124010）

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣地層構(gòu)造上具多產(chǎn)層、多壓力系統(tǒng)特征。自流井組、須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組及棲霞組均出現(xiàn)過(guò)氣測(cè)異常或氣侵，甚至發(fā)生過(guò)井涌、井噴等現(xiàn)象。

隨著目的層垂深的逐漸增加，地層壓力升高，長(zhǎng)興組和龍馬溪組異常高壓多次造成氣侵、溢流發(fā)生。2020—2021年累計(jì)施工深層頁(yè)巖氣平臺(tái)6個(gè)，20余口井，發(fā)生氣侵、溢流8井次，具體如表1所示。

表1 2021年度溢流統(tǒng)計(jì)表

1 溢流產(chǎn)生的原因

1.1 地層壓力異常

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣地層復(fù)雜，存在異常壓力圈閉。

1.2 設(shè)計(jì)鉆井液密度低

地層差異性，造成施工鉆井液密度偏低，臨井可參考資料較少。

1.3 施工人員的專業(yè)素質(zhì)問(wèn)題

施工隊(duì)伍素質(zhì)參差不齊，氣侵、溢流不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成處理進(jìn)一步復(fù)雜化。

2 溢流的顯示

2.1 直接顯示

①停泵鉆井液外返；鉆井液池液面升高；②出口鉆井流速增加，返出量增加；③起鉆時(shí)灌入鉆井液液量小于起出鉆具排代體積④；鉆時(shí)返出鉆井液體積大于下入鉆具排代體積；⑤停泵（未灌）環(huán)空鉆井液外返。

2.2 間接顯示

鉆進(jìn)作業(yè)，鉆時(shí)、放空、井漏、泵壓降低、氣測(cè)值和鉆井液出口流量、氣泡、氣味、油花，測(cè)量循環(huán)罐液面、鉆井液密度和黏度、氯根含量等發(fā)生變化，視為溢流的間接顯示。

3 合理的井控技術(shù)措施，有效預(yù)防與處置井控復(fù)雜

3.1 合理的鉆井液密度

施工前參考臨井及地質(zhì)資料按照“一井一策”制定鉆開(kāi)各地層鉆井液密度。針對(duì)長(zhǎng)興組、龍馬溪組異常高壓，在飛仙關(guān)底部逐步提高鉆井液密度，揭長(zhǎng)興組前將鉆井液密度提高至2.15~2.20g/cm3，長(zhǎng)興組鉆進(jìn)過(guò)程中準(zhǔn)確記錄單根峰數(shù)據(jù)，如果無(wú)異常，則以該密度鉆穿長(zhǎng)興組，并在進(jìn)入龍?zhí)督M后逐步降低鉆井液密度；四開(kāi)龍馬溪組造斜段將鉆井液密度提高至2.10~2.15g/cm3，進(jìn)入水平段后逐步降低鉆井液密度。同時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)備重漿，雙鉆機(jī)平臺(tái)做好互聯(lián)互通管線連接，保證重漿共享。

3.2 有效的井控設(shè)備提供安全保障

,311.2mm井眼鉆進(jìn)配備YQF-8000/1.5型液氣分離器，滿足排量，相比替換掉的2 600m3/d液氣分離器，效率提升了2~3倍，同時(shí)避免了因液氣分離器處理量不夠而產(chǎn)生的劇烈抖動(dòng)，滿足控壓鉆進(jìn)以及井控復(fù)雜處理需求，安全性也得到了提高。

,311.2mm、,215.9mm井眼開(kāi)鉆前安裝旋轉(zhuǎn)控壓設(shè)備，鉆遇高壓氣層時(shí)實(shí)現(xiàn)邊鉆進(jìn)邊排氣，針對(duì)測(cè)后效上竄速度高采用控壓起鉆降低起鉆時(shí)井控風(fēng)險(xiǎn)。

按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝井控設(shè)備并試壓。由于,311.2mm、,215.9mm井眼施工周期長(zhǎng)，鉆井作業(yè)過(guò)程中每30d，重新試壓一次。中途試壓過(guò)程中為減少井控風(fēng)險(xiǎn)改進(jìn)試壓流程，采用分段試壓，縮短試壓時(shí)間，由20~24h/次減少至7~8h/次。

3.3 精細(xì)化坐崗管理及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常

3.3.1 規(guī)范坐崗填寫(xiě)要求

①鉆井液罐體積表示保留一位有效數(shù)字，如35.2m3，存在隔倉(cāng)的罐填寫(xiě)鉆井液體積為總罐體積，如3#泥漿罐存在3個(gè)小倉(cāng)，其體積分別為8.3m3、10.5m3、12.2m3，坐崗記錄填寫(xiě)3#罐體積為8.3+10.5+12.2=31.0m3；

②坐崗觀察記錄本鉆井液罐統(tǒng)計(jì)數(shù)量填寫(xiě)參與循環(huán)的鉆井液罐（一般是1#~6#罐）、膠液罐、計(jì)量罐、儲(chǔ)備罐（重漿罐），所有罐都應(yīng)記入鉆井液總池體積量；

③起下鉆過(guò)程中除記錄起下鉆通過(guò)計(jì)量罐灌入或返出量，還要記錄各循環(huán)罐體積；如：本次灌漿應(yīng)灌0.4m3，實(shí)灌0.7m3，差值0.3m3，原因鉆桿內(nèi)泥漿未回流至井筒。下鉆完畢后開(kāi)泵正常對(duì)下鉆理論返出量和實(shí)際返出量，鉆桿內(nèi)理論灌入量和實(shí)際灌入量進(jìn)行小結(jié)并記錄；如：本次下鉆應(yīng)返1.3m3，實(shí)返1.2m3，差值-0.1m3，原因留在泥漿分配槽。

3.3.2 強(qiáng)化坐崗制度

①鉆井技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)使用不同的循環(huán)罐和不同排量在開(kāi)泵與停泵過(guò)程中鉆井液槽面占有量（或回流量）進(jìn)行實(shí)測(cè)，做好記錄并告知坐崗人員。

②坐崗工接班時(shí)需對(duì)上一班次各罐體積進(jìn)行核對(duì)，并對(duì)停開(kāi)泵時(shí)回流量占用量進(jìn)行校對(duì)并記錄，交班時(shí)應(yīng)對(duì)本班泥漿消耗量進(jìn)行分析并記錄。帶班干部每小時(shí)對(duì)坐崗情況檢查一次并在坐崗記錄上簽字。

③正常起下鉆作業(yè)過(guò)程，應(yīng)進(jìn)行階段性溢流觀察，起鉆前觀察出口是否斷流；起至套管鞋觀察出口是否斷流；每起下800m（20~30柱）再次校核灌返量，觀察出口是否斷流；起至鉆鋌或加重鉆桿，觀察出口是否斷流。觀察步驟首先停止起下鉆作業(yè)，將井筒內(nèi)環(huán)控鉆井液灌滿，靜止觀察15~30min，觀察導(dǎo)管出口返出情況，無(wú)溢流進(jìn)行起下鉆作業(yè)（裸眼井段須選擇合適的井段，在滿足靜止條件進(jìn)行觀察）。

通過(guò)精細(xì)化坐崗的實(shí)施威202H87-4井、威202H84-4井溢流量均在1m3內(nèi)關(guān)井成功，減小后期壓井處理難度。

3.4 氣層鉆進(jìn)時(shí)，起鉆前進(jìn)行短起下測(cè)后效保證井控安全

（1）井深未到A點(diǎn)前，起15柱鉆具或起至套管鞋（靜止時(shí)間大于3h），再下入井底循環(huán)一周半，若無(wú)氣侵，則可起鉆；不具備起鉆條件時(shí)，應(yīng)循環(huán)排除受侵污鉆井液并適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度至短程起下鉆正常后再起鉆。井深進(jìn)入水平段后，起鉆至A點(diǎn)（氣頂以下，靜止時(shí)間3~4h），循環(huán)測(cè)后效。

（2）特殊情況時(shí)（需長(zhǎng)時(shí)間停止循環(huán)或井下復(fù)雜時(shí)），將鉆具起至套管鞋內(nèi)或安全井段，停泵觀察一個(gè)起下鉆周期加其他空井作業(yè)時(shí)間，再下入井底循環(huán)一周半觀察。

（3）遲到時(shí)間法計(jì)算上竄速度

注：V為油氣上竄速度，m/s；t為鉆頭所在井深的遲到時(shí)間，s；h為循環(huán)時(shí)鉆頭所在的井深，m；H為油氣層的深度，m；T1為見(jiàn)到油氣顯示時(shí)間；h:min；T2為下到井深h時(shí)開(kāi)泵時(shí)間；h:min；T0為井內(nèi)泥漿靜止時(shí)間；h:min。

同時(shí)，利用上竄速度計(jì)算公式，判斷鉆頭上部存在壓力異常位置；根據(jù)單根峰值情況，判斷靜止泥漿密度能否壓穩(wěn)地層，減少短起下次數(shù)，節(jié)省時(shí)間。

3.5 開(kāi)展低泵沖、地層壓力實(shí)驗(yàn)為溢流壓井提供數(shù)據(jù)支撐

3.5.1 低泵沖實(shí)驗(yàn)

鉆開(kāi)油氣層前50~100m及油氣層鉆進(jìn)過(guò)程中，每只鉆頭入井鉆進(jìn)前，調(diào)整鉆井液性能，鉆具組合后或鉆進(jìn)進(jìn)尺超過(guò)300m，應(yīng)以1/3~1/2正常排量測(cè)一次低泵沖循環(huán)壓力，并做好泵沖數(shù)、排量、循環(huán)壓力記錄。

3.5.2 地層破裂和承壓實(shí)驗(yàn)

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣,406.4mm井眼進(jìn)入須家河完鉆，,311.2mm井眼鉆穿梁山組進(jìn)入龍馬溪完鉆。須家河組須六段以砂巖為主，夾黑色頁(yè)巖；龍馬溪組上部巖性為綠灰色頁(yè)巖夾粉砂巖。取套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80%、井口裝置額定壓力和地層破裂壓力所允許關(guān)井套壓三者中的最小值作為最大允許關(guān)井套壓。套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度見(jiàn)表2威遠(yuǎn)區(qū)塊常用套管規(guī)格型號(hào)及參數(shù)。

表2 常用套管規(guī)格型號(hào)及參數(shù)

?311.2mm井段，開(kāi)鉆鉆井液密度為1.6g/cm3

套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80%=47.6×0.8=38.08MPa，當(dāng)量密度3.53g/cm3，根據(jù)實(shí)際施工現(xiàn)狀無(wú)需考慮外部地層鹽水1.05g/cm3。

套管鞋處液柱壓力為：

0.0098×1.6×1 100=17.25MPa

井口最大承壓：38.08-17.25=20.83MPa

1）如果承壓20.83MPa套管鞋未破，則20.83MPa為密度1.6g/cm3時(shí)最高關(guān)井套管壓力，氣體噴空時(shí)允許最大關(guān)井套壓38.08MPa（套管抗內(nèi)壓最?。?/p>

2）如果未達(dá)到20.83MPa套管鞋破裂，最高關(guān)井套管壓力為出現(xiàn)漏失時(shí)的立管壓力讀數(shù)ρd，液柱壓力+ρd<38.08MPa，氣體噴空時(shí)允許最大關(guān)井套壓為液柱壓力+ρd（破裂壓力最?。?。

,215.9mm井段，開(kāi)鉆鉆井液密度為2.15g/cm3

技術(shù)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80%=63.16*0.8=50.52 MPa，同時(shí)考慮外部地層鹽水1.05g/cm3，套管鞋實(shí)際承受最大抗壓強(qiáng)度為50.52+32.34=82.86MPa。

套管鞋處液柱壓力為：0.0098*2.15*3 140=66.22 MPa。

井口最大承壓：82.86-66.22=16.64MPa。

1）如果16.64MPa地層未破，則16.64MPa為密度2.15g/cm3時(shí)最高關(guān)井套管壓力。當(dāng)氣體噴空時(shí)最大關(guān)井套壓為50.52MPa（套管抗內(nèi)壓最?。?/p>

2）如果未達(dá)到16.64MPa地層破裂，最高關(guān)井套管壓力為出現(xiàn)漏失時(shí)的立管壓力讀數(shù)ρd，此時(shí)液柱壓力+ρd<82.86MPa，當(dāng)氣體噴空時(shí)最大關(guān)井套壓為50.52MPa（套管抗內(nèi)壓最小）

3）后期鉆井施工中，鉆遇高壓地層提密度前或裂縫地層造成井漏，均須按照下部井段設(shè)計(jì)最高鉆井液密度值對(duì)裸眼段進(jìn)行承壓能力檢驗(yàn)，滿足承壓后進(jìn)行提密度作業(yè)，不滿足承壓須堵漏提高地層承壓能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

頁(yè)巖氣開(kāi)采中井控工作是施工過(guò)程中的重要組成部分，井控技術(shù)和管理是提升鉆井作業(yè)安全系數(shù)的關(guān)鍵因素。只有做好“立足一次井控，搞好二次井控，警鐘長(zhǎng)鳴”，才能保證頁(yè)巖氣的安全快速施工。