油田鉆井溢流事故規(guī)律研究及應(yīng)對(duì)措施

王欽曉宇

中國(guó)石化中原石油工程有限公司塔里木分公司，新疆庫(kù)爾勒 841000

溢流是指當(dāng)井底壓力低于地層壓力時(shí)，井口返出鉆井液流量大于泵入量，停泵后井筒流體從井口自動(dòng)外溢的現(xiàn)象［1-3］。溢流發(fā)展到井筒流體噴出轉(zhuǎn)盤(pán)面時(shí)，就會(huì)發(fā)生井噴，造成不可估量的后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017—2020 年冀東油田發(fā)生鉆井溢流共計(jì)41 井次，嚴(yán)重影響了鉆井施工速度，造成了巨大的人力、物力浪費(fèi)。對(duì)冀東油田鉆井溢流發(fā)生的一般規(guī)律進(jìn)行分析，找到冀東油田的高井控風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域及需要重點(diǎn)關(guān)注的層位，提出了提高壓井質(zhì)量需要注意的相應(yīng)措施，最大限度地降低冀東油田鉆井井控風(fēng)險(xiǎn)。

1 冀東油田溢流統(tǒng)計(jì)及原因分析

1.1 溢流井次統(tǒng)計(jì)及分析

冀東油田近年來(lái)在鉆井施工過(guò)程中溢流頻次加劇，嚴(yán)重影響油田鉆井施工進(jìn)度，甚至造成鉆井事故，對(duì)此統(tǒng)計(jì)溢流事故主要發(fā)生的作業(yè)區(qū)塊，找到溢流規(guī)律和原因，可以采取必要的措施減少溢流的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017—2020 年間該油田的5個(gè)溢流高發(fā)區(qū)塊合計(jì)發(fā)生41 井次溢流，共占溢流總井次的70%，結(jié)果見(jiàn)圖1。冀東油田地層序列一般為明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組、沙河街組、寒武系。由圖1可知，在2017—2020年間，沙河街組發(fā)生溢流的井次最多（28 井次），占溢流總井次的68%；其次為東營(yíng)組（9 井次），占溢流總井次的22%。

圖1 冀東油田不同區(qū)塊不同層位的溢流井次統(tǒng)計(jì)

1.2 各斷塊溢流分布

對(duì)冀東油田2017—2020 年各斷塊、層位溢流井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2 可以看出，冀東油田的XX-1 斷塊、XX-2 斷塊、XX-3 斷塊、XX-4斷塊、XX-5 斷塊都曾經(jīng)發(fā)生過(guò)溢流，溢流層位集中在東營(yíng)組和沙河街組，總共37 井次，其中XX-4斷塊發(fā)生溢流井次最多（17 次），占冀東油田溢流總井次的46%。

圖2 冀東油田各斷塊、層位溢流井次統(tǒng)計(jì)

1.3 溢流規(guī)律及原因分析

統(tǒng)計(jì)分析，層位溢流風(fēng)險(xiǎn)從高到低為沙河街組、東營(yíng)組、館陶組、寒武系；冀東油田的主要井控風(fēng)險(xiǎn)集中在沙河街組、東營(yíng)組。發(fā)生鉆井溢流的主要原因是：①冀東油田經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)發(fā)，注水層位集中在沙河街組，注水措施可能導(dǎo)致地層壓力異常，導(dǎo)致溢流事故頻頻發(fā)生；②油田老區(qū)開(kāi)發(fā)層系多，多年開(kāi)發(fā)造成地下層位連通，鉆井時(shí)受到其他井的影響發(fā)生溢流；③鉆井施工過(guò)程中鉆井液密度設(shè)計(jì)不合理，不能準(zhǔn)確平衡地層壓力造成溢流發(fā)生。

2 溢流處置中的問(wèn)題分析

2.1 溢流的發(fā)現(xiàn)

當(dāng)發(fā)生溢流時(shí)，會(huì)有一些參數(shù)發(fā)生異常變化，主要包括：鉆井速度、放空、扭矩、泵壓、鉆井液密度、氣測(cè)全烴值、鉆井液池液面和鉆井液流量等。鉆井液池液面和鉆井液流量是溢流發(fā)生的直接顯示，當(dāng)鉆井液池液面增加或鉆井液流量增大時(shí)，表明發(fā)生溢流。一旦油井參數(shù)發(fā)生異常變化，就需要采取措施［4］。

當(dāng)鉆進(jìn)遇到異常高壓層時(shí)，鉆井速度、扭矩會(huì)發(fā)生異常變化，這是判斷溢流發(fā)生的最早時(shí)機(jī)。如果判斷及時(shí)，能夠減少井眼環(huán)空、鉆井液污染現(xiàn)象，關(guān)井后立管壓力和套管壓力相差較小，此時(shí)讀取關(guān)井壓力數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確且誤差小，處理也較容易［5］。

圖3是2017—2020年冀東油田所有溢流井中異常參數(shù)出現(xiàn)比例的分布情況。由圖3 可知：在所有溢流井中，有29 口井溢流時(shí)都發(fā)生了氣測(cè)值升高的異?，F(xiàn)象，占72%；有11 口井氣測(cè)值升高，出口鉆井液密度降低，占28%；僅2 口井是在鉆時(shí)加快時(shí)發(fā)現(xiàn)的，占5%。這表明在2017—2020 年所有發(fā)生的溢流井中，絕大多數(shù)是在井底發(fā)生溢流的一個(gè)循環(huán)周期之后才被發(fā)現(xiàn)。因此密切關(guān)注鉆井參數(shù)異常變化，能提早發(fā)現(xiàn)溢流，可以有效地降低處理難度。

圖3 2017—2020 年溢流井異常參素變化比例

2.2 發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)后采取的措施

在鉆井過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)變化時(shí)，技術(shù)人員通常會(huì)采取循環(huán)觀察、關(guān)井、停泵觀察或節(jié)流循環(huán)等措施。循環(huán)觀察和停泵觀察屬于敞口措施；關(guān)井和節(jié)流循環(huán)屬于關(guān)閉井口措施。一旦發(fā)生溢流，停泵觀察能夠通過(guò)觀察井口情況直接判斷是否發(fā)生溢流，以便及時(shí)采取措施。循環(huán)觀察不會(huì)遏制井底溢流，反而會(huì)使溢流的顯示更加明顯。當(dāng)井口流量增加到一定程度時(shí)，氣測(cè)值異?；虺隹阢@井液密度降低，此時(shí)對(duì)溢流做出判斷后才進(jìn)行關(guān)井。所以說(shuō)，循環(huán)觀察不是在有效控制井底溢流的基礎(chǔ)上采取的措施，這種做法實(shí)際上延遲了控制溢流的時(shí)機(jī)，加重了溢流的嚴(yán)重性［6-7］。

圖4是2017—2020年冀東油田所有溢流井發(fā)生參數(shù)異常后采取措施的統(tǒng)計(jì)圖。由圖4可知：約占48%的溢流井都采取了關(guān)井的措施，但是仍有33%的溢流井最初采取的是循環(huán)觀察措施。這一結(jié)果表明：對(duì)于發(fā)生溢流的井，最初發(fā)現(xiàn)異常后都采取了措施，雖然壓井成功，但是仍有一部分溢流井沒(méi)有得到最科學(xué)、最有效的處理。

圖4 2017—2020年溢流井發(fā)生參數(shù)異常后的措施

2.3 壓井過(guò)程中壓力的控制

1）壓井過(guò)程中操作人員不了解壓力傳播的滯后性，導(dǎo)致壓力控制紊亂。

現(xiàn)場(chǎng)壓井過(guò)程中，由于操作人員不熟悉壓力在液體中傳遞的滯后性，過(guò)快地調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)度，導(dǎo)致不能穩(wěn)定地控制立管壓力。然而，壓力過(guò)大則會(huì)壓漏地層，壓力過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致壓井過(guò)程中地層流體繼續(xù)侵入，最終使整個(gè)壓井施工失敗甚至導(dǎo)致溢流更加復(fù)雜［8-9］。一般情況下，壓力在鉆井液中傳遞的速度約為300 m∕s，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥位開(kāi)度后，壓力傳遞到立管壓力表時(shí)一般需要十幾秒時(shí)間，所以現(xiàn)場(chǎng)操作人員必須了解壓力傳遞的性質(zhì)，對(duì)節(jié)流閥做出調(diào)節(jié)后要等待壓力傳遞到立管壓力表，再進(jìn)行下一步調(diào)節(jié)，否則就會(huì)使壓力混亂，井底壓力忽高忽低。

2）當(dāng)套管壓力升高時(shí)，增大節(jié)流閥開(kāi)度，以降低套管壓力。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員如果不了解流體性質(zhì)、不熟悉壓井原則，在壓井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)套管壓力升高就盲目地打開(kāi)節(jié)流閥的開(kāi)度來(lái)降低套管壓力，則會(huì)導(dǎo)致井底壓力低于地層壓力，使地層流體進(jìn)一步侵入井眼環(huán)空，不但達(dá)不到壓井的目的，反而會(huì)導(dǎo)致溢流更加嚴(yán)重［4，10］。

壓井的原則是確保整個(gè)壓井施工過(guò)程中井底壓力略高于地層壓力。發(fā)生溢流后，地層流體侵入井眼環(huán)空，但很少侵入鉆具內(nèi)，鉆具內(nèi)部鉆井液基本性能穩(wěn)定，所以壓井過(guò)程中能夠很好地通過(guò)控制立管壓力進(jìn)而控制井底壓力，確保整個(gè)過(guò)程中溢流不繼續(xù)發(fā)生。

3）通過(guò)關(guān)井立管壓力計(jì)算壓井液密度，增加適量附加值。

根據(jù)井深儲(chǔ)層顯示、流體物性等因素確定關(guān)井立管壓力，計(jì)算壓井液密度和適量附加值。制定合理壓井方案，根據(jù)關(guān)井?dāng)?shù)據(jù)、壓井液密度、低泵沖壓力、溢流流體性質(zhì)和最大關(guān)井壓力等數(shù)據(jù)填寫(xiě)壓井施工單，在壓井施工單上繪制出立管壓力及控制范圍，同時(shí)繪制套管壓力大致曲線和控制范圍作為參考，以便保持井底壓力大于地層壓力而小于漏失壓力，從而提高壓井作業(yè)中壓力控制的精確度。做好準(zhǔn)備工作后，操作人員需要嚴(yán)格按照壓井施工單進(jìn)行壓井作業(yè)。

3 結(jié)論

1）應(yīng)對(duì)油田鉆井溢流時(shí)，首先要了解油藏特性，搞清楚井控風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。冀東油田的井控風(fēng)險(xiǎn)較高的層位是沙河街組，且在主要斷塊附近，井控風(fēng)險(xiǎn)的主要原因是注水開(kāi)發(fā)。

2）翼東油田在降低井控風(fēng)險(xiǎn)、提高壓井質(zhì)量方面還有一定的提升空間：第一，重點(diǎn)層位施工時(shí)，密切關(guān)注鉆井參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)采取正確排除措施，提早發(fā)現(xiàn)溢流；第二，正確關(guān)井，記錄并確定正確的關(guān)井壓力，求取立管壓力，得到準(zhǔn)確關(guān)井?dāng)?shù)據(jù)；第三，提高現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和操作人員的井控技術(shù)水平。