高壓套損區(qū)鉆井井控風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與應(yīng)用

商淮禹

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶 163413）

1 地層地質(zhì)特點(diǎn)、難點(diǎn)分析及套損井情況概述

1.1 地層地質(zhì)特點(diǎn)

D油田N一區(qū)塊位于S構(gòu)造中部西翼。該區(qū)邊界及區(qū)塊內(nèi)部有多條斷層，均為正斷層。依據(jù)S中開(kāi)發(fā)區(qū)的地質(zhì)分層數(shù)據(jù)、構(gòu)造情況及實(shí)鉆資料，在N二段頂部構(gòu)造海拔-360m（相當(dāng)于N三底510m）范圍內(nèi)發(fā)育淺氣層，易發(fā)生淺氣層井噴。

1.2 N區(qū)塊套損區(qū)鉆完井施工難點(diǎn)

（1）上部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，易井漏，易井塌。

（2）N江組發(fā)育大段泥巖，硬夾層較多，易斜易泥包鉆具。

（3）N一區(qū)淺氣層發(fā)育，N2頂部深度510m以上都發(fā)育淺氣（383口），淺氣層防噴。一類井42口，二類井403口。該區(qū)塊薩零組含氣，易發(fā)生氣侵。

（4）該區(qū)塊淺層套損嚴(yán)重，上部地層易水侵；N一三排淺層套損區(qū)地層壓力高，易水侵，全區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層套損嚴(yán)重，易縮徑，易水侵，易卡鉆。

（5）該區(qū)塊斷層發(fā)育，且葡一組破裂壓力低，易井漏；井漏后易造成油氣水侵，引發(fā)井控復(fù)雜事故。

（6）受斷層影響，斷層附近待鉆井地層傾角大，6°以上91口，最大13°，其中直井20口，易井斜，定向井易井眼軌跡漂移。

（7）注水井排附近待鉆井油層壓力高，易發(fā)生油氣水侵。

（8）井網(wǎng)密度大，老井定向井多，井間防碰壓力大。

（9）N二段泥巖充分發(fā)育，鉆進(jìn)過(guò)程中地層造漿性強(qiáng)，極易導(dǎo)致鉆具泥包，誘發(fā)抽吸井控事故。

（10）歷年來(lái)N一區(qū)鉆井施工，復(fù)雜情況發(fā)生頻繁，施工嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)措施，禁防低密度鉆進(jìn)。

（11）多重原因造成井控風(fēng)險(xiǎn)劇增，鉆井時(shí)效受到嚴(yán)重制約，鉆井成本增加。

1.3 套損井及以往施工情況概述

1.3.1 套損井情況

截止2018年8月底，N一區(qū)累計(jì)鉆井?dāng)?shù)2369口，累計(jì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題井1592口，其中套損井1635口，拔不動(dòng)等井況問(wèn)題井151口，累計(jì)套損率69.02%。套損類型：累計(jì)證實(shí)套損井1554口（已報(bào)廢更新345口），目前套損井1256口，套管錯(cuò)斷井761口，占60.6%，其中已報(bào)廢待更新369口。套損層位：N二、SⅠ和SⅡ1部位居多，分別占61.6%、7.2%、4.6%，其中：非油層部位套損井主要發(fā)生在2007～2014年套損高峰期。標(biāo)準(zhǔn)層套損井656口，占非油層部位套損井72.3%；淺層套損井301口，占比為12.71%。設(shè)計(jì)井400m范圍內(nèi)鄰井在以往鉆進(jìn)過(guò)程中及完井后有15口井發(fā)生井涌、井噴等井口復(fù)雜事故。

1.3.2 以往施工情況概述

2003年南一區(qū)共鉆井556口，平均使用鉆井液密為1.55g/cm3，發(fā)生油氣水侵72口井，其中1口井井噴（周圍待鉆井30口），井漏10口（周圍待鉆井6口），管外冒6口，均勻分布在待鉆區(qū)塊內(nèi)。2008年在該區(qū)塊鉆井96口，發(fā)生油氣水侵共15口、井漏10口、卡鉆2口。

2 高壓套損區(qū)井控技術(shù)研究及對(duì)策

為了及時(shí)有效控制高壓套損區(qū)井控風(fēng)險(xiǎn)，降低井控事故發(fā)生的概率，提高鉆完井施工時(shí)效，通過(guò)鉆井液密度精細(xì)設(shè)計(jì)、鉆關(guān)精準(zhǔn)控制、井控保障措施及井控升級(jí)管理等方面的研究，降低了高壓套損區(qū)鉆完井施工井控風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了高壓套損區(qū)鉆完井安全高效施工的目的。

2.1 鉆井液密度精細(xì)設(shè)計(jì)

精準(zhǔn)的鉆井液密度設(shè)計(jì)是做好一次井控的關(guān)鍵，密度過(guò)低壓不穩(wěn)地層；密度過(guò)高又容易壓漏地層，誘發(fā)井控事故。根據(jù)該區(qū)塊的地層地質(zhì)特點(diǎn)，制定了以下密度設(shè)計(jì)原則，保證了鉆井液密度符合現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。

（1）一、二次開(kāi)鉆密度設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)井要求混漿開(kāi)鉆，位于一級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)的井鉆井液密度控制在1.35～1.40g/cm3；位于二級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)的井鉆井液密度控制在1.30～1.35g/cm3；其余待鉆井的鉆井液密度控制在1.20～1.30g/cm3。在淺氣范圍內(nèi)的井要求密度執(zhí)行設(shè)計(jì)上限。

（2）N一三排套損區(qū)：該井區(qū)套損嚴(yán)重，N二段泥巖吸水彭脹，鉆井液密度控制在1.70～1.80g/cm3，加重井深為N二頂30m。套損區(qū)井鉆完井施工必須以“壓牢壓穩(wěn)”為主，防止泥巖縮徑、出水，誘發(fā)井控復(fù)雜事故。

（3）油層鉆井液密度：預(yù)計(jì)全區(qū)鉆井液密度在1.50～1.65g/cm3，實(shí)鉆時(shí)可根據(jù)注入井鉆關(guān)降壓、油氣水顯示等情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 鉆關(guān)精準(zhǔn)控制

（1）注水井鉆關(guān)距離優(yōu)化。區(qū)塊內(nèi)實(shí)施300m鉆關(guān)距離，注水井排實(shí)施450m鉆關(guān)距離，通過(guò)縮短鉆關(guān)距離，減少鉆關(guān)對(duì)產(chǎn)量影響。但考慮到N一區(qū)套損區(qū)的特殊性，距設(shè)計(jì)井300～400m之間的非注水井排的注水井，也實(shí)施控注一半注水量的措施，防止鉆關(guān)區(qū)域與非鉆關(guān)區(qū)域間產(chǎn)生較大的壓力差，控制套損風(fēng)險(xiǎn)。

（2）不同層系注水井關(guān)井時(shí)間優(yōu)化：根據(jù)鉆關(guān)、測(cè)壓曲線，P油層需要10d左右；S油層需要15d；二類油層井注聚后壓力下降也較慢,也需要15d；G油層因?yàn)橛蛯有再|(zhì)較差，需要20d左右井口才能降到4MPa以下。

2.3 井控安全保障措施

（1）井控預(yù)防相關(guān)單位設(shè)立前線24h監(jiān)管，負(fù)責(zé)監(jiān)督井控設(shè)備安裝、試壓，開(kāi)鉆驗(yàn)收審批及淺氣層起下鉆中途循環(huán)情況。

（2）開(kāi)鉆前，現(xiàn)場(chǎng)需按細(xì)則、區(qū)塊設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)備加重材料。一級(jí)、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)井安裝21MPa單閘板防噴器，節(jié)流管匯及鉆井液回收管線。主放噴管線接出井口50m。預(yù)留副放噴通道，并備用鉆桿及基墩。放噴管線安裝未達(dá)到要求不予二開(kāi)審批，禁止二開(kāi)。各次開(kāi)鉆鉆具組合內(nèi)全部要求下入鉆具止回閥，由技術(shù)員依照井下內(nèi)防噴工具使用記錄要求檢驗(yàn)和跟蹤鉆具止回閥使用情況。

（3）井控設(shè)備必須由井控裝備中心按照設(shè)計(jì)進(jìn)行試壓，并有井控室及建設(shè)單位進(jìn)行二開(kāi)驗(yàn)收，驗(yàn)收不合格，禁止二開(kāi)。工程技術(shù)員對(duì)井控設(shè)備負(fù)全面責(zé)任。班組每班嚴(yán)格按照井控設(shè)備檢查維護(hù)保養(yǎng)記錄進(jìn)行檢查，每班至少對(duì)防噴器各部位螺栓是否緊固檢查2次。各次開(kāi)鉆過(guò)程中，鉆井液密度不低于下限，起鉆密度達(dá)到設(shè)計(jì)上限。二開(kāi)前，四個(gè)鉆井班組熟練掌握四種工況下的防噴演習(xí)。防噴演習(xí)不合格，嚴(yán)禁二開(kāi)。

（4）一級(jí)、二級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)井從一開(kāi)開(kāi)始坐崗，坐崗至完井固井候凝結(jié)束為止。起鉆前鉆井隊(duì)值班干部全程參與坐崗。非油、氣層每小時(shí)填寫一次坐崗記錄。進(jìn)入油、氣層前50m開(kāi)始，每30min記錄一次，起下鉆桿每3柱或1柱鉆鋌（最長(zhǎng)不超過(guò)30min）記錄一次，異常情況加密測(cè)量。鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)復(fù)雜情況后，各次起鉆前需進(jìn)行油氣上竄速度檢測(cè)，滿足最大作業(yè)時(shí)間方可起鉆。

（5）起鉆預(yù)防抽汲造成溢流等險(xiǎn)情，油層及油頂以上300m和淺氣層內(nèi)起鉆速度不大于0.5m/s，每起3柱鉆桿或1柱鉆鋌向井內(nèi)灌注一次鉆井液，并核對(duì)灌入體積。起鉆過(guò)程遭遇縮徑、鉆具泥包、井眼不暢等復(fù)雜情況，不得強(qiáng)行起鉆，立即接方鉆桿循環(huán)處理，懸重、泵壓正常后，用方鉆桿以甩單根的形式進(jìn)行起鉆，起鉆速度不大于0.2m/s，正常后方可恢復(fù)正常起鉆。

（6）每起鉆前活動(dòng)備用旋塞閥、防噴器閘板及液動(dòng)放噴閥，充分循環(huán)井內(nèi)鉆井液，使其密度均勻，進(jìn)出口密度差不超過(guò)0.02g/cm3。每次起鉆至500m、200m循環(huán)鉆井液一周，并測(cè)量返出鉆井液密度，直至與進(jìn)液密度相符。

（7）檢修設(shè)備時(shí)應(yīng)保持井內(nèi)至少有200m鉆具，嚴(yán)禁在空井情況下檢修設(shè)備，嚴(yán)禁在不循環(huán)情況下長(zhǎng)時(shí)間上提下方活動(dòng)鉆具。檢修設(shè)備后必須循環(huán)鉆井液一周，正常后方可進(jìn)行下一步作業(yè)。空井時(shí)防噴單根入井，并關(guān)閉旋塞閥，安排專人觀察井口，發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)閉防噴器。防噴單根使用完后立即恢復(fù)待命狀態(tài)。固井后需要關(guān)閉防噴器候凝。關(guān)閉防噴器前必須自套管頭旁通用清水對(duì)防噴器進(jìn)行充分清洗，確保防噴器內(nèi)無(wú)水泥。

（8）發(fā)生井涌、井噴險(xiǎn)情時(shí)，打開(kāi)液動(dòng)放噴閥，關(guān)閉閘板節(jié)流放噴，配制原鉆井液密度附加0.2g/cm3、體積為井眼容積2倍的壓井液循環(huán)壓井。發(fā)生井漏時(shí)需及時(shí)向井控駐井人員匯報(bào)并嚴(yán)格執(zhí)行漏轉(zhuǎn)噴井控技術(shù)措施。

（9）鉆井施工期間，鉆井隊(duì)干部24h井場(chǎng)值班，檢查崗位井控職責(zé)履行和制度落實(shí)情況，發(fā)現(xiàn)井控問(wèn)題隱患，督促立即整改。鉆井區(qū)塊范圍內(nèi)有鹽堿地、耕地、村屯、高壓線和水泡等，施工鉆井隊(duì)做好HSE應(yīng)急預(yù)案，預(yù)防井噴，避免環(huán)境污染。

2.4 投入式欠壓止回閥的應(yīng)用

N區(qū)井控風(fēng)險(xiǎn)主要為淺層套損和淺氣層及氣頂氣井噴，而井噴主要發(fā)生在起鉆過(guò)程中，起鉆時(shí)若發(fā)生井噴，內(nèi)控又是重中之重。

自主研發(fā)的投入式欠壓式止回閥采用分體式設(shè)計(jì)，閥芯總成在起鉆前投入，在起鉆無(wú)溢流時(shí)，欠壓止回閥不關(guān)閉鉆柱水眼內(nèi)鉆井液自動(dòng)流出。當(dāng)有溢流時(shí)，閥芯總成受到上推力作用上行，閥體與閥座接觸并密封。井內(nèi)壓力被封堵在閥芯總成下部，便于井口安全作業(yè)。壓井作業(yè)或循環(huán)時(shí)，由于投入式欠壓止回閥流動(dòng)阻力小且過(guò)流面積大，對(duì)泵壓沒(méi)有明顯提升。

投入式欠壓式止回閥只在井內(nèi)有壓力的情況下工作，閥芯總成不受泥漿長(zhǎng)時(shí)間沖蝕，使用壽命長(zhǎng)，折算成單井成本僅有300元，且拆卸方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本不增加鉆井勞動(dòng)量?，F(xiàn)場(chǎng)已使用40口井，就位接頭平均使用391h，表現(xiàn)完好。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2020年在N一高壓套損區(qū)塊施工450口井，通過(guò)密度精細(xì)設(shè)計(jì)、鉆關(guān)精準(zhǔn)控制、井控安全保障措施和投入式欠壓止回閥的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)鉆完井過(guò)程中未發(fā)生井控失穩(wěn)復(fù)雜情況，實(shí)現(xiàn)了高壓套損區(qū)安全高效鉆井施工。

4 結(jié)論

（1）高壓套損區(qū)鉆井井控風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了降低區(qū)塊內(nèi)鉆完井過(guò)程中的井控風(fēng)險(xiǎn)的目的，為安全高效鉆井提供了技術(shù)保障。

（2）鉆井液精細(xì)密度設(shè)計(jì)與鉆關(guān)精準(zhǔn)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉆井液密度的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，保障了地層壓穩(wěn)壓實(shí)，保證了一次井控安全。

（3）詳細(xì)的井控安全保障措施，為井控安全及應(yīng)急處置提供了完善的技術(shù)方案。

（4）投入式欠壓止回閥的應(yīng)用為起鉆過(guò)程中井控安全提供工具保障。