天然氣井井控技術應用現(xiàn)狀及發(fā)展探討

王忠東 侯儒

摘 要：天然氣具有密度低、易擴散、壓縮系數(shù)和膨脹性高、易燃易爆、有毒有害等特性，在進行天然氣藏勘探與開發(fā)時，必須做好井控工作。由于天然氣在地層孔隙中處于壓縮狀態(tài)，一旦地層被打開天然氣就會進入井筒，并隨鉆井液循環(huán)返出井口，若不能采取有效措施控制天然氣持續(xù)進入井筒，就會導致出現(xiàn)溢流、井涌或是井噴事故的發(fā)生，甚至出現(xiàn)著火，不僅危及井場人員人身安全、毀壞鉆井設備、浪費油氣資源、造成環(huán)境污染，甚至會造成油氣井報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響天然氣勘探與開發(fā)效果。因此，加強對天然氣鉆井井噴過程研究，分析制約天然氣鉆井井控效果的因素，加強天然氣鉆井井控技術研究具有重要意義。

關鍵詞：天然氣鉆井 井控 技術難題 發(fā)展方向

1井控基本原理及分類

鉆井井的井控是通過合理的方法和工藝技術來控制地層壓力，保證鉆井內(nèi)部處于壓力平衡狀態(tài)，以此來促進鉆井施工操作的順利開展。在鉆井施工過程中運用井控，能有效預防和降低井噴造成的危害，也能保護油氣層，降低破壞周圍環(huán)境和資源的程度。從當前的發(fā)展可將井控分為初級井控、二級井控和三級井控三類。初級井控是在鉆井過程中通過工藝技術調(diào)整和鉆井液的合理選用來提升井底壓力，以此來有效控制地層壓力，有效降低流體對地層的侵入。二級井控是井底壓力低于地層壓力的情況下，井內(nèi)如果發(fā)生溢流現(xiàn)象，在控制溢流的基礎上對壓力平衡過程進行重建。三級井控是出現(xiàn)井噴時，通過對應的技術措施和合適的設備來進行搶險，對井底壓力進行重新控制的過程。

2天然氣鉆井井控面臨的技術難題

2.1不能及時準確發(fā)現(xiàn)溢流

目前鉆進過程中監(jiān)測溢流的手段主要是通過監(jiān)測鉆井液流量、密度、烴類氣體含量及泥漿池體積變化等參數(shù)，這些參數(shù)變化都是一個緩慢的過程，一些細微變化很難及時發(fā)現(xiàn)。由于現(xiàn)場采取坐崗值守制度，坐崗人員偶爾會出現(xiàn)脫崗、睡崗情況，其責任心也影響溢流的及時發(fā)現(xiàn)。此外，在鉆井液靜置期間發(fā)生溢流的可能性較大，而監(jiān)測的參數(shù)較少，只能通過池體積變化來發(fā)現(xiàn)溢流，增加了停泵期間監(jiān)測溢流的難度。雖然井筒壓力監(jiān)測提供了較好的解決辦法，但相應的壓力監(jiān)測儀器還需要進一步開發(fā)。

2.2鉆具設備問題分析

鉆具工作中會受到壓力、扭曲力和拉力等共同作用，容易造成轉(zhuǎn)動設備的扭曲，鉆具工作中無法穩(wěn)定，如果操作不當，在地質(zhì)元素腐蝕下就會磨損鉆具，導致工作異常，出現(xiàn)鉆具斷落等情況。鉆具斷落不僅是由鉆具本身質(zhì)量引起，不當?shù)牟僮饕矔泻艽笥绊懀霚p少對鉆井的損耗，就需要采取合理的鉆具和正確使用。鉆進過程中井眼中的較大巖石塊可能導致跳鉆和憋鉆的情況而影響鉆進效率。在鉆井施工之前要進行全面安全檢查，確保施工中的鉆具都符合安全要求。

2.3平衡鉆井技術有待提高

目前開鉆的井多采用近平衡鉆井技術，這種鉆井技術對井筒內(nèi)的壓力控制要求較高，為了保持起下鉆期間壓力的平衡，通常使用附加當量密度來調(diào)節(jié)井筒內(nèi)壓力，導致在正常鉆進過程中井底壓力大于地層壓力。如果附加的當量密度過大，當鉆遇淺層氣較多時，脫氣器如果不能起到較好的脫氣效果，井筒內(nèi)壓力會進一步上升，導致井底壓力遠大于地層壓力，在壓差作用下，會出現(xiàn)井漏等情況，嚴重損害油氣層，同時會導致機械鉆速降低。因此，必須運用好近平衡鉆井技術，同時還需要進一步研究，以提高鉆井效率。

3天然氣井井控技術發(fā)展方向

3.1加強溢流監(jiān)測儀器研制

溢流是發(fā)生井噴的先兆，加強對溢流的監(jiān)測顯得尤為重要。分析溢流的特點發(fā)現(xiàn)，溢流早期烴類氣體會進入鉆井液，導致井筒內(nèi)鉆井液體積增加，相應的鉆井液液面會上升。要實現(xiàn)對井底烴類氣體的監(jiān)測比較困難，由于鉆井液體積小幅增加即可導致井筒內(nèi)液面的大幅上升，因此監(jiān)測井筒內(nèi)鉆井液液面上升相對易于實現(xiàn)，需要研究精度較高的井筒液面監(jiān)測儀器，能夠發(fā)現(xiàn)細微的井筒液面變化，然后結合開關泵及鉆具下入情況，通過軟件自動判斷是否發(fā)生溢流，發(fā)現(xiàn)溢流及時報警，達到及時準確監(jiān)測溢流目的。此外，還需要加強對鉆井液密度、含烴量及井筒壓力儀器設備的研究，達到全方位、多參數(shù)監(jiān)測溢流的發(fā)生。

3.2井控設備的優(yōu)選

為了達到井控的技術要求，優(yōu)選最佳的井控設備，如各種井口防噴器的選擇和使用，當井口出現(xiàn)溢流后，立即關閉防噴器，關井泄壓，防止發(fā)生井噴事故的發(fā)生。井控設備與常規(guī)的石油鉆井設備對比，具有更高的安全性能，有效地保護了井筒，避免發(fā)生嚴重的鉆井施工事故，給石油鉆探施工帶來巨大的經(jīng)濟損失。依據(jù)液壓防噴器的等級，針對天然氣井的實際情況，優(yōu)選最佳的井口防噴器，達到防噴的效果。優(yōu)選全套的井控設備，安裝完畢后，必須進行清水試壓，達到壓力等級后，才能投入到鉆井施工過程中，達到設計的防噴能力。

3.3加強壓力控制鉆井技術研究

隨著鉆井技術不斷發(fā)展，氣體鉆井、氣液兩相鉆井等負壓鉆井技術取得長足進步，在特殊鉆井條件下應用越來越普遍。負壓鉆井技術能夠提高鉆井效率、有效保護油氣層，但是對井筒內(nèi)壓力控制要求較高，現(xiàn)階段由于壓力控制技術還不夠成熟，導致負壓鉆井技術應用效果受到影響。為了提高負壓鉆井技術應用水平，提高鉆井效率、保護油氣層，需要加強負壓鉆井全過程閉環(huán)壓力循環(huán)系統(tǒng)研究，通過強化旋轉(zhuǎn)防噴器，配置節(jié)流管匯、承壓振動篩、分離器、壓力監(jiān)測儀器，編制相應的監(jiān)測、控制軟件，使井筒內(nèi)壓力能夠保持動態(tài)平衡，保障負壓鉆井的安全。

4結語

隨著大慶油田持續(xù)勘探與開發(fā)，天然氣成為油田增儲上產(chǎn)的重要資源，加強天然氣鉆井井控技術研究顯得尤為重要。為了提升天然氣鉆井的安全性、可靠性，使井控技術效能從單純的防止井噴發(fā)展到提升鉆井效率、保護油氣層、防止環(huán)境污染等，應從強化鉆井異常監(jiān)測手段、提升井控配套設備研發(fā)、完善壓力控制鉆井技術、提升突發(fā)事故處理水平等方面出發(fā)，使天然氣鉆井井控技術邁上新的臺階。

參考文獻：

[1] 馬宗金.總結經(jīng)驗教訓提高天然氣井鉆井井控能力[J].鉆采工藝，2015，27（4）：1-5.

[2] 程常修，曾時田.天然氣井鉆井應重點考慮的幾個技術問題[J].天然氣工業(yè)，2002，22（2）：50-53.

[3] 曾時田.四川天然氣井鉆井壓力控制[J].天然氣工業(yè)，2003，23（4）：38-40.