淺層氣探井預(yù)防及處理措施

朱金亭，湯柏松，魏玉印，吳義標(biāo)

［1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452］

淺層氣分布廣泛，約占世界油氣田總數(shù)的20%，淺層氣處理應(yīng)對(duì)關(guān)系到鉆井作業(yè)安全，石油業(yè)界一直對(duì)其高度重視。針對(duì)淺層氣探井的存在，從前期地質(zhì)資料分析，到井位選擇、鉆井作業(yè)、固井工藝、處理應(yīng)對(duì)流程方面來(lái)對(duì)存在淺層氣井分析，逐一解決問(wèn)題[1]，達(dá)到使淺層氣井可控，保障人員和設(shè)備安全，以滿足勘探的需求。

1 淺層氣特點(diǎn)

淺層氣通常是指發(fā)生在表層套管下入深度以內(nèi)和防噴器組安裝之前的地層中的正常壓力或異常壓力的天然氣，該地層的破裂壓力梯度較低，不能用普通的關(guān)井技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)井控[3]。渤海油田淺層氣主要分布于明化鎮(zhèn)組和館陶組地層。明化鎮(zhèn)淺層氣埋藏一般在海拔300～900m，館陶組淺層氣埋藏一般在海拔800～1 400m。淺層氣主要的鉆井特點(diǎn)與危害體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、埋藏淺、常為突發(fā)性的。淺層氣埋藏淺，一旦侵入井眼，比油、水侵入井眼的速度快，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)運(yùn)移到井口，造成井噴。從溢流的出現(xiàn)到井噴的發(fā)生，往往只有幾分鐘且劇烈，在這么短的時(shí)間內(nèi)很難采取有效措施控制井噴。一旦發(fā)生溢出，井噴幾乎是不可避免的。

地層薄弱，不宜關(guān)井。淺層氣埋藏淺且地層疏松，套管處地層耐壓強(qiáng)度低，關(guān)井易憋漏地層，導(dǎo)致連通海面，故淺層氣井噴后不能采用常規(guī)方法壓井，正確的處理措施應(yīng)是疏導(dǎo)放噴。由于不能有效地控制井口，在井口產(chǎn)生回壓，井噴處理難度比常規(guī)井大。

危害性強(qiáng)，易造成人員、設(shè)備損失嚴(yán)重。淺層氣井噴屬于嚴(yán)重的鉆井事故，危害極大，常會(huì)引起火災(zāi)，燒毀設(shè)備；一旦氣體從海底泥面噴出，將在海底形成凹陷，直接影響到鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性；由于氣體的大量涌出，井口周圍海水密度降低，有可能導(dǎo)致漂浮其上的船只陷落；淺層氣井噴甚至?xí)驓鈱涌萁咄姡畠?nèi)泥漿噴空造成井塌、井眼報(bào)廢。

井內(nèi)平衡壓力較敏感，允許波動(dòng)壓力低。在淺部氣層區(qū)域鉆進(jìn)或起下鉆時(shí)，鉆進(jìn)速度或者起鉆速度較快，產(chǎn)生抽吸壓力，井內(nèi)液柱壓力稍不平衡，氣體就會(huì)迅速進(jìn)入井眼；在鉆遇淺層氣地層時(shí)，起鉆“拔活塞”最容易引起井噴。

2 淺層氣區(qū)域井前期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

以渤海某探井為例，做井位工程物探調(diào)查與數(shù)字地震。據(jù)高分辨率數(shù)字地震資料預(yù)定井位調(diào)查區(qū)域內(nèi)深部地層反射清晰，發(fā)現(xiàn)1處異常反射區(qū)（淺層氣）。

在井場(chǎng)調(diào)查區(qū)域資料解釋深度范圍內(nèi)（海底至海底以下約1s）的地層中，發(fā)現(xiàn)1處異常反射區(qū)。位于調(diào)查區(qū)域北部和西南部，頂部埋深在海底以下185～230 ms。預(yù)定井位位置在異常反射區(qū)內(nèi)部。根據(jù)數(shù)字地震反射特征及形態(tài)分布，異常反射區(qū)含有一定的淺層氣，如圖1所示。

圖1 數(shù)字地震判別淺層氣區(qū)域

3 淺層氣區(qū)域井作業(yè)措施

3.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

對(duì)可能鉆遇淺層氣地層的探井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)要求安裝隔水導(dǎo)管，安裝后可能鉆遇淺層氣，應(yīng)適當(dāng)增加隔水導(dǎo)管入泥深度，且宜坐落在淺層氣頂部較致密的地層，并要求水泥返高至泥面。

表層套管安裝應(yīng)遵循以下要求：①表層井段無(wú)斷層，表層套管應(yīng)下入至淺氣層頂部承壓能力較好的地層；②宜避免斷層和淺氣層處于同一井段。

3.2 鉆前注意事項(xiàng)

淺層氣井控原則：應(yīng)遵循大排量循環(huán)分流放噴大原則，循環(huán)無(wú)效才泵入壓井液，壓井液無(wú)效最后打水泥塞封堵。①開鉆前，應(yīng)將淺層氣應(yīng)急措施落實(shí)到位，并做好應(yīng)對(duì)淺層氣的各項(xiàng)演習(xí)。②配制足夠量的黏度為35～45 s的般土漿、稠漿及備足兩倍井眼容積的壓井液，密度不低于1.20 g/cm3。③清點(diǎn)關(guān)鍵鉆井材料，保證一定量的現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備量，包括重晶石、堵漏鉆井液材料、土粉、水泥等。

3.3 一開鉆進(jìn)作業(yè)注意事項(xiàng)及應(yīng)急措施

（1）一開控制機(jī)械鉆速不超過(guò)25 m/h。鉆井期間下列3種情況之一存在時(shí)，應(yīng)考慮循環(huán)觀察：①海面有氣泡出現(xiàn)時(shí)。②當(dāng)鉆時(shí)突然加快時(shí)。③當(dāng)準(zhǔn)備接單根或立柱時(shí)。

（2）起鉆時(shí)發(fā)現(xiàn)異常馬上停止作業(yè)，靜止觀察確認(rèn)，若發(fā)生淺層氣問(wèn)題，接頂驅(qū)大排量循環(huán)，執(zhí)行鉆進(jìn)期間處理措施。

（3）保證隔水導(dǎo)管水泥漿返高及固井質(zhì)量，為二開做好基礎(chǔ)。

（4）鉆進(jìn)期間一旦鉆遇淺層氣首先應(yīng)立即停鉆，循環(huán)觀察，若無(wú)異常，則繼續(xù)鉆進(jìn)，否則以最大泵速泵入搬土漿或海水循環(huán)排氣；假如不成功，以最大泵速向井內(nèi)泵入事先配制好的1.20 g/cm3的重鉆井液。

3.4 二開鉆進(jìn)作業(yè)注意事項(xiàng)及應(yīng)急措施

（1）根據(jù)數(shù)字地震研究結(jié)果，在井段-200～-250 m、-400～-500 m，-650～-690 m發(fā)育淺層氣，二開作業(yè)需安裝分流器。

（2）配制足夠量的黏度為35～45 s的膨潤(rùn)土漿、稠泥漿及配置至少60m3密度不低于 1.20 g/cm3鉆井液，所有空泥漿池內(nèi)應(yīng)放滿海水。

（3）鉆井期間在下列情況之一存在時(shí)，應(yīng)考慮循環(huán)觀察：①當(dāng)氣全量高于5%時(shí)；②當(dāng)鉆入淺層氣1.5m時(shí)；③當(dāng)鉆時(shí)突然加快時(shí)；④當(dāng)準(zhǔn)備接單根或立柱時(shí)。

（4）鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液密度1.08～1.10g/cm3，維持穩(wěn)定的鉆井液密度。控制鉆井參數(shù)穩(wěn)定，加強(qiáng)氣體檢測(cè)氣全量情況。

（5）二開8-1/2領(lǐng)眼鉆進(jìn)至中完井深左右，控制機(jī)械鉆速不超過(guò)25m/h；當(dāng)確認(rèn)鉆遇淺層氣后，應(yīng)循環(huán)排氣；氣全量保持不變，或者呈上升趨勢(shì)，適當(dāng)提高鉆井液比重，或者以最大排量泵入加重鉆井液；如果氣全量還不下降，增大排量循環(huán)排氣；當(dāng)發(fā)現(xiàn)氣全量增加過(guò)快或氣全量過(guò)高有井涌或井噴風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)馬上關(guān)分流器同時(shí)打開放噴閥及管線，循環(huán)放噴。放噴防止管匯發(fā)生橋堵，分流系統(tǒng)失效，防止套管外竄流。

（6）中完后短起下鉆，短起鉆采用倒劃眼方式起鉆，起鉆前要靜止井口觀察液面10min，測(cè)氣體上竄速度。

（7）起下鉆為防止抽吸和拔活塞現(xiàn)象；控制下鉆速度小于0.5m/s，減少壓力激動(dòng)。

（8）起鉆時(shí)應(yīng)控制起鉆速度以減少抽吸，一旦出現(xiàn)拔活塞現(xiàn)象，應(yīng)立即停止起鉆作業(yè)。

（9）起鉆連續(xù)循環(huán)灌鉆井液以保持井口液面，并記錄鉆井液實(shí)際灌入量，一旦出現(xiàn)鉆井液灌不進(jìn)去或?qū)嶋H灌入量小于理論值，則立即停止起鉆作業(yè)，靜止觀察確認(rèn)，視井況決定是先循環(huán)還是先下鉆。若發(fā)生淺層氣問(wèn)題，接頂驅(qū)大排量循環(huán)。起鉆至中途必要進(jìn)行靜止觀察或循環(huán)觀察，無(wú)任何異常情況方可繼續(xù)起鉆。

（10）在13-3/8"表層套管不使用自動(dòng)灌鉆井液浮鞋浮箍；縮短下套管時(shí)間。

（11）固井之前充分循環(huán)鉆井液，井況正常后再固井。

（12）固井水泥漿設(shè)計(jì)：使用1.60g/cm3樹脂水泥漿體系封固至整個(gè)井段。

4 鉆遇淺層氣井處理措施

4.1 固井處理措施

如鉆遇淺層氣，中完后固井措施如下：①采用樹脂水泥漿體系，比重1.60g/cm3；②水泥漿對(duì)全井段進(jìn)行封固；③采用循環(huán)放氣的方式，確保氣體排光后，再進(jìn)行固井作業(yè)，控制水泥漿失水；④封固淺層氣的水泥漿中加入納米子晶型早強(qiáng)劑PC-A98L，縮短稠化時(shí)間；加入新型納米級(jí)二氧化硅PCGS13L，提高水泥石強(qiáng)度，減少水泥石體積收縮；⑤固井結(jié)束后，在井口進(jìn)行加回壓，防止水泥漿失重后不能有效壓穩(wěn)；⑥淺層氣固井結(jié)束后，確保候凝完全到位，才能進(jìn)行拆裝井口作業(yè)。

4.2 鉆進(jìn)中處理措施

鉆進(jìn)中處理措施包括以下幾個(gè)方面：①立即停鉆。②迅速將鉆桿提出轉(zhuǎn)盤面至少一個(gè)單根。③循環(huán)觀察，確認(rèn)是否淺層氣井涌（如果循環(huán)無(wú)異常，則恢復(fù)鉆進(jìn)；如果確認(rèn)井涌，則執(zhí)行后面的程序）。④關(guān)閉分流器，同時(shí)自動(dòng)打開導(dǎo)流管，防止憋漏地層，造成套管外竄流。⑤以最大泵速用鉆井液通過(guò)導(dǎo)流管線循環(huán)排氣，防止導(dǎo)流管橋堵。⑥如果仍不成功，則根據(jù)情況選擇如下決定中的一種執(zhí)行：第一，繼續(xù)循環(huán)排氣：待新的重鉆井液配制完畢后，以最大泵速向井內(nèi)泵入新的重鉆井液。第二，打水泥塞封堵淺層氣層。

4.3 起下鉆中處理措施

起下鉆中處理措施包括以下幾個(gè)方面：①立即停止起下鉆作業(yè)。②迅速接頂驅(qū)。③關(guān)閉分流器，并同時(shí)自動(dòng)打開導(dǎo)流管線。④以最大泵速用鉆井液循環(huán)排氣（如果循環(huán)無(wú)異常，則下鉆至井底再循環(huán)一周以上，然后起鉆或繼續(xù)鉆進(jìn)；否則執(zhí)行后面程序）。⑤如果仍不成功，則根據(jù)情況選擇如下決定中的一種執(zhí)行：第一，繼續(xù)循環(huán)排氣。待新的重鉆井液配制完畢后，以最大泵速向井內(nèi)泵入新的重鉆井液。第二，打水泥塞封堵淺層氣層。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）鉆遇淺層氣后，要嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，邊循環(huán)排氣邊鉆進(jìn)，隨時(shí)監(jiān)控井下情況，防止意外發(fā)生。

2）根據(jù)地震剖面有淺層氣提示，采用領(lǐng)眼鉆進(jìn)至中完井深后，控制起鉆速度，特別是在擴(kuò)眼鉆進(jìn)時(shí)，宜采用不帶扶正器的鉆具組合，扶正器泥包后，起鉆極易形成抽汲，造成淺層氣井涌。

3）表層淺層氣井涌關(guān)井以后循環(huán)排氣是主要措施，但不宜用超過(guò)1.20g/cm3泥漿壓井，以免壓漏地層后造成又一輪井涌，使井況進(jìn)一步惡化。

4）二開井口配置分流器，并且在使用、安裝、試壓等一定要嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5）加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員防范淺層氣井噴事故的安全培訓(xùn)，熟悉掌握淺層氣的特點(diǎn)、危害性和控制淺層氣的安全作業(yè)應(yīng)急程序，提高對(duì)淺層氣的防控意識(shí)和技能。

6）鉆井施工過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)程序，做好防范淺層氣的井控演習(xí)工作。