大慶隆深區塊基巖探井井控設計與施工

陳琳琳，陳紹云，袁后國，孫 妍，李 兵，孫 莉

（中國石油大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413）

井控設計是安全作業的前提，是避免井噴失控的前提，是工程設計的重要組成部分，井控設計是井控工藝、井控裝置、井控規定和標準的集中體現和綜合應用，是確保對地層壓力實現有效控制的源頭和依據。

井控設計依據：①執行井控相關的國家標準、行業標準、企業標準、井控實施細則為主的標準性文件；②集團公司下發的關于井控方面的規范、規定性文件；③針對不同地區地面條件、地質特點等特殊需求；④領導、專家批示意見。

1 深層天然氣基巖探井井控難點分析

（1）深層天然氣井溢流到井噴間隔時間短，速度快，強度大。由于天然氣的密度低和可壓縮易膨脹等特性，其間隔時間比油井短很多。從發現溢流到井噴的間隔時間，一般在10min 以內，且來勢兇猛，容易失控。

（2）關井壓力高，由于天然氣密度低，僅為原油的0.7‰，不能靠自重平衡地層壓力，井涌、井噴臨時關井壓力高，完井后井口關井壓力也高。

（3）天然氣分子小，擴散能力大，鉆進時鉆井液容易氣侵，固井時容易出現氣竄。

（4）易燃易爆易中毒，當天然氣與空氣的混合比達到5%～15%，遇火星即可發生爆炸，發生井噴后易引起鉆機著火，含硫天然氣對人危害很大，空氣中H2S含量超過20ppm 呼吸道受刺激，超過100ppm 昏昏欲睡，含量在1000ppm立即喪失知覺[1-2]。

由于深層天然氣基巖探井的上述特征，使其相對于油井作業的井控工作復雜，容易引發井噴事故。

2 深層天然氣基巖探井井控設計重點

2.1 確定合理的井身結構

由于深層天然氣基巖探井有地層壓力梯度差異大、易竄漏等特點，合理的井身結構能夠有效減少井眼漏失、氣竄的發生。

根據地層孔隙壓力梯度、地層破裂壓力梯度、坍塌壓力梯度、巖性剖面、鉆關需求及保護油氣層的需要。考慮不可預測因素，留有一層備用套管；并且噴漏不在同一裸眼中，且壓力梯度不超過0.3MPa/100m；套管下深考慮下部鉆井最高鉆井液密度和溢流關井時的井口安全關井余量；含H2S、CO2等有害氣體和高壓氣井套管材質和螺紋符合完井、井下作業和油氣生產的需要。根據以上要求，設計隆深區塊井身結構，具體見表1。

表1 隆深區塊井身結構表

根據地質設計提供的資料制定鉆關方案，隆深區塊300m 范圍內的注水井開鉆前30d 關井，開鉆前井口剩余壓力不大于2MPa，300～600m范圍內的注水井開鉆前25d 關井，開鉆前井口剩余壓力不大于3MPa。50m 范圍內的采油井和50～150m 范圍內日產液量大于50m3的采油井開鉆前關井，同時結合《外圍低滲透油田鉆關技術研究》項目成果適當放寬鉆關井井口剩余壓力要求，目前建議葡萄花油層注水井按600m距離關井，開鉆前井口剩余壓力不大于5MPa，扶余油層注水井按500m 距離關井，開鉆前井口剩余壓力不大于7MPa。

2.2 加強鉆井液出口流量監測，及時發現迅速處理

由于天然氣的壓縮性與膨脹性，一旦發生氣侵，如未及時發現做出反應會導致溢流急劇加速，因此對于氣體溢流來說，做好溢流監測，及時發現溢流并迅速關井非常重要。由于天然氣密度低，與鉆井液有很強的置換性，無論是開井還是關井，是循環還是靜止，氣體向井口的運移總是要產生的，因此發生氣體溢流關井后，要及時組織壓井[3-4]。

為了及時監測和預防隆深區塊多口深層探井的溢流情況，制定相應的技術措施。①采用單閘板+雙閘板+環形防噴器的組合，備齊鉆具內防噴工具；②鉆井液循環罐、計量罐、配液罐安裝直讀式容積計量標尺，鉆井液循環罐安裝液面監測報警裝置；配備有毒有害氣體監測儀；③嚴格執行防噴演習制度（每月不少于一次鉆進、起下鉆桿、起下鉆鋌和空井四種工況的防噴演習），井控風險識別管理、消減與防控措施（按照Q/SY19356-2019《風險評估規范》進行風險評估，強化風險預防控制，經油氣建設單位主要領導批準后方可實施），干部盯井及井控坐崗制度（從二開開始至完井作業結束為止，鉆井隊干部應24h井場值班，特殊時段、重點工序、關鍵環節派駐機關干部駐隊盯井）；④做好油氣上竄速度檢測；⑤保持鉆井液有良好的造壁性和流變性，控制施工過程中的壓力，控制起下鉆速度；⑥疑似溢流關井檢查，發現溢流立即關井并啟動應急預案，鉆井隊要在10min內以電話形式上報鉆井公司井控突發事件應急值班室，30min內進行書面報告，每2h續報。

2.3 選擇符合要求的井控裝置

根據地層實際，按井控要求選擇符合的井口防噴器組、節流和壓井管匯、控制系統、鉆具內防噴工具、液氣分離器等井控裝置，并按要求進行試壓。井口裝置如圖1、圖2所示。

圖1 二開井口裝置示意圖

圖2 三開井口裝置示意圖

防噴器的壓力等級應與裸眼井段中最高地層壓力相匹配，并根據不同的井下情況選用各次開鉆防噴器的尺寸系列和組合形式。額定工作壓力應不小于預測最高井口關井壓力，且通徑不小于施工井四通的通徑[5-6]。制定隆深區塊井口裝置試壓要求，如圖3所示。

圖3 各次開鉆井口裝置試壓要求

2.4 充分考慮有毒有害氣體防護和防火防爆安全措施

天然氣具有易擴散、易燃、易爆的特點，對于天然氣井的經常設備布置，要充分考慮有毒有害氣體防護和防火防爆要求。隆深區塊深層探井井場應按照SY/T 5974-2020《鉆井井場設備作業安全技術規程》配備消防器材，設置防護室，儲備急救箱、擔架等用具；應按照Q/SY 08136-2017《生產作業現場應急物資配備選用指南》的規定配備8個正壓式呼吸器及其他應急物資[7-8]。

2.5 確定井控風險控制重點及預防措施

依據地質設計提供的井控風險級別，綜合考慮地面環境和技術難度，確定井控風險控制重點及相應預防措施。

（1）明確設計鉆井液密度及加重儲備量。根據地質設計提供的資料為基準再加上一個安全附加值且在鉆開油氣層前根據井控風險級別明確加重鉆井液和加重材料的儲備量。

（2）準確預測井口最高關井壓力。鉆穿套管鞋以下第一個3～5m 厚的砂巖層進行地層破裂壓力試驗，新井眼長度不宜超過100m，對于脆性地層只做承壓試驗；預探井在進入油氣層前50～100m，按照下步鉆井的設計最高鉆井液密度值，對裸眼地層進行承壓能力檢驗；表層套管下深大于300m 的井二開后、其他井三開后，每只新入井鉆頭開始鉆進前以及每鉆進300～500m，應以1/3～1/2 鉆進排量，測一次低泵速循環壓力。

（3）增加水平井井控措施。鉆進過程中要注意防塌、防漏；采用短起下鉆或分段循環的辦法清潔井眼，若發生托壓無進尺現象，及時活動鉆具、劃眼，消除巖屑床，盡快恢復鉆進。

（4）做好地層壓力監測，增強防噴防火意識[9-10]。

3 現場實施情況

近四年在松遼盆地古中央隆起帶基巖風化殼共完成5口深層基巖探井的井控設計，均取得了良好的應用效果，在鉆進過程中均未出現設計原因導致的工程、質量事故和井控安全問題，有效保障了安全施工，經濟效益和社會效益顯著。

井控安全是天然氣勘探開發過程中的重要環節，是安全生產工作中的重中之重。隆深區塊深層天然氣基巖探井井控設計，針對溢流到井噴間隔時間短、關井壓力高、易竄漏、易燃易爆易中毒等特點，確定了相應的井控重點問題，并提出有效的防控措施，對該區塊其他井的井控設計及安全高效鉆井有較實用的指導意義。

4 結論

（1）加強鉆井液出口流量監測和氣體上竄速度檢測是深層天然氣井防止發生井噴事故的關鍵，因此仍需進一步加強和改進鉆井液進、出口流量監控技術；

（2）完善設計中各環節的井控風險辨識，是加強設計科學性、針對性、實用性的基礎；

（3）應持續推動地質工程深度融合，使井控措施更具有針對性。