吳起油田鉆井井控技術研究

溫建強，王 勤，習 嘯

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 716000）

1 區域現狀

對于石油資源勘探與開采來講，其最重要的環節就是鉆井作業，鉆井施工的質量會對后期油井的產能和生產穩定性產生重大影響，同時鉆井施工的最終質量會影響后續整體的作業施工，因此需要強化對鉆井工程施工的管控，在施工中采取相應的措施，以提升施工的質量控制[1]。

吳起油田從20世紀90年代開始勘探開發，隨著油田技術日益提升，吳起油田開發力度也逐年加大，尤其最近幾年，開發力度尤為明顯，年鉆井數也是居高不下。隨著油田大力開發，井下地層情況也是越來越復雜，井下復雜事故時有發生。目前鉆井面臨諸多挑戰。

1）吳起油田規模注水前期，依靠自然能量開采，地層壓力衰竭速度較快，壓力保持水平低，隨著注水規模的不斷擴大，地層壓力逐步恢復，地層能量明顯改善（如圖1所示），地層壓力保持高水平（如圖2所示）。

圖1 油層壓力測試

圖2 地層壓力保持水平

2）鉆井新技術帶來新的挑戰。隨著大斜度井、水平井鉆井技術的日趨完善，老油田開發致密油和挖潛剩余油進入規模開采，伴隨而來的井下作業量也逐年增多，而大斜度井和水平井因其巨大優勢作業量也逐年增加。大斜度井和水平井因其井身結構特殊，與常規井相比，施工難度大。近年來，各油田針對大斜度井、水平井的井下作業進行了不同程度的科研攻關和現場嘗試，積累了一些井下作業的方法和規律，但也還存在一些技術上的局限性。

吳起油田現在大力采用水平井和大斜度井等高難度井型進行開發。大斜度井水平井井斜大，穩斜段長，井眼軌跡控制難，而且與油層接觸面高，鉆進過程中伴隨壓力敏感問題，容易導致地層流體進入井筒，增加施工難度的同時極易發生井壁坍塌和井控事故；

3）偶發的淺層氣侵入地帶易發生井控事故，尤其在高壓注水區和經過增產增注措施后的區域，地層壓力較高容易上竄形成異常高壓圈閉，鉆井過程中在上部地層容易發生井控事故。

井控事故按事故發展程度表現主要有溢流和井噴兩種形式。在作業過程中，由于防防措施不當，補救工作不及時，會造成嚴重井控事故發生。井噴失控輕者可導致資源浪費，造成環境污染，重者可導致全井報廢或對整個油田的嚴重破壞，給企業和社會造成嚴重影響。因此，要加強井控風險意識，提高井控風險認知，提升井控技術水平，全力做好井控防范工作，減少井控事故發生。

2 井控技術應用

油井的井控技術對于油藏開發的安全性能有重要的保障作用。主要有以下2點：

1）保持合理的鉆井液性能，保持井底壓力與地層壓力平衡，保護井壁，保障鉆井工作正常進行。

2）當地層流體侵入井筒時，使用適當的井控技術阻止地層流體持續侵入，重新使井筒內壓力與地層壓力維持平衡。

應用井控技術主要采取的措施包括：①科學設計井身機構，以保證較大的地層承壓能力；②慎重選擇鉆井液的性能，以實現平衡壓力鉆井的要求；③起鉆時要按照規定做到連續灌漿，下鉆時要控制好速度，并注意及時調整鉆井液的性能；④通過有效的方法及時檢測到溢流，并在發生溢流現象時能夠在最短的時間內維持壓力平衡；⑤充分準備加重材料與鉆井液的儲備量；⑥根據不同的鉆具和井深確定合理的循環排量。

2.1 鉆井液井控

鉆井施工時，鉆井液技術主要應用在：根據周圍相關鄰井的壓力數據，控制鉆井液各項性能指標處于合理范圍，以確保井筒內鉆井液液柱的壓力與地層的壓力始終處于平衡狀態。鉆井液的各項性能主要取決于儲層的相關數據，應根據實際的數據進行調整。在鉆遇重要油氣層時，根據施工設計要求調整鉆井液的各項參數，以保持合適的鉆井液剪切力和液體黏度、密度和失水度等指標，控制合理鉆進速度，防止井壁坍塌或造成巖石孔隙增大而導致地層流體侵入井筒。對于存在高壓氣層的區域，要時刻監測鉆井液的密度變化，因井筒進氣會導致鉆井液性能變化，必要時可以安裝脫氣裝置緩解，時刻監測鉆井液的進出總量，確保進出口流量相同[2]。

2.2 壓井工藝

發生溢流現象，第一時間進行關井壓井操作，壓井原理以“U”型管原理為依據，一邊為鉆柱，另一邊為環空，壓井過程中，以均勻的壓井排量/泵速向井筒內注入重漿，通過操作節流閥的開度，始終保持井底壓力略大于或等于地層壓力，即不使新的地層流體再進入井筒，同時又不使壓力過高，危及地層與設備。當重泥漿返出井口時，若壓井成功，套壓為零。

溢流發現過晚會造成井口壓力過高，可能會突破井口的控制形成井噴，井噴過程中往往伴有油氣產生，此時已無法采用重漿和井控設備配合壓井，這就需要針對性的壓井工藝，如正循環堵漏壓井技術、反循環堵漏壓井技術和速干水泥動態封堵壓井等先進技術。

3 目前井控存在問題

3.1 井控意識差

意識是行為的指引，意識不強會導致行為延遲或散漫，遇到事故做不出及時反應。吳起油田現已進入全面注水開發，有些鉆井隊伍沉浸在過去靠原始能量開發初期，存在僥幸心理，不重視井控的重要性。施工作業現場，不按規定和要求安裝使用井控設備，也不積極采取各種科學合理的手段加強監管，甚至出現了消極抵制行為，未妥善處理好經濟效益和安全施工之間的關系，導致鉆井勘探環節存在重大安全隱患，事故一旦發生，往往將事故處理難度加大，造成不可挽回的經濟損失。

3.2 井控設備不達標、管理不到位

井控設備是預防井控事故發生的第一道防火墻，因此必須確保井控設備能正常使用。井控技術所涉及到的設備有許多，其中包括地層壓力監測相關配套設施、封井器、壓井節流管匯等。每個設備都直接關系到鉆井作業的安全性與效率。許多施工隊伍存在未進行井控設備試壓開工的現象，在鉆井勘探過程中，部分工作人員不按照企業規范和要求，未對井控設備進行定期化、合理化保養，未建立井控設備保養臺賬，井控設備管理不到位，容易引起井噴事故失控。

3.3 人員素質影響壓井效率

油田施工人員普遍文化素質比較低，鉆井知識不足，缺乏系統的井控技術人才。井控技術人員不能對壓井工作進行基本科學計算，不能第一時間確定壓井液密度，只能采用邊循環邊加重，直至不出現溢流，才確定合適的重漿性能指標，而且壓井循環過程中存在固相沉降現象，導致鉆井液密度越來越低，使原有建立的壓力平衡再次打破，地層流體再次進入井底，引發再次溢流，需二次壓井。這種拉鋸戰嚴重影響壓井效率，延長壓井時間，增加壓井難度[3]。

4 井控案例分析

1）旗勝44-315井，位于吳起縣廟溝鎮米渠村，2021年9月8日完鉆循環中，司鉆發現有輕微溢流現象，第一時間配重漿進行壓井，中間斷斷續續有輕微溢流，直至9月12日才得以控制。此次事故雖然比較輕微，但是前后持續四天時間，經濟損失達上百萬。分析事故原因，首先鉆井過程中沒有實時監測地層壓力，本井處于注水高壓區，周圍有注水井沒有及時關停泄壓，使其地層壓力過大，導致溢流發生；其次操作不規范，發現溢流，應該首先關井，觀察套壓立壓，再根據壓井原理，確定合理的壓井液密度。

2）吳采25-48-10井，位于吳起縣樓坊坪鎮米渠村袁和莊村，2022年3月23日在鉆至2km左右時，發生井噴，現場鉆井隊第一時間關井，組織壓井作業，而剛關井后井口發現刺漏，分析原因是井控設備失效，而且刺漏越來越嚴重，地層流體噴出井場外圍，井噴失控，最后上報采油廠，研究決定固井控制事故擴散，連夜上固井作業，將井筒內連同鉆井設備全部封固。此次事故不僅造成了相當大的經濟損失，還對周圍環境造成破壞，造成極大負面影響。分析事故原因，最主要是井控設備無法正常使用，在事故發生時，無法發揮作用，導致后續無法正常壓井，最終導致井場報廢。

5 采取井控技術措施

5.1 平衡鉆井施工

在準備鉆井作業時，收集好相關井的所有壓力資料：鉆井設計應提供全井段地層孔隙壓力和地層破裂壓力剖面、鄰井地層承壓實驗資料、油氣顯示及復雜情況詳細描述；在注水開發區鉆井，要及時查清注水分布及注水情況，提供分層動態壓力數據，鉆開目的層前應對注水井采取停注、泄壓和油井停抽等措施，直到該井套管封固候凝為止；在可能含有硫化氫等有毒有害氣體的地區鉆井，設計中應對其層位、埋藏深度及含量進行預測，并明確提出相應的安全和技術措施[3]。鉆井隊伍根據設計提供的各項資料，確定合理的鉆井液的各項性能指標。

5.2 加強對井控設備的配置及維護

充分考慮區域地層壓力，確保井控設備安全可操作。防噴器的壓力等級應與相應井段中的最高地層壓力相匹配。根據防噴器的壓力等級選擇防噴器的組合形式。鉆具內防噴工具、液面報警器及相關井控配備應滿足井控技術的要求。各井口裝置及管匯安裝試壓合格后方可進行下一步施工。

井控技術人員應向其他員工詳細講解井控設備的結構、操作流程，并定期開展防噴演習，讓所有人員學會如何預防及控制井控事故的發生。井控設施和設備的安裝布局要合理便捷，周圍不得有障礙物，注重日常維護保養，鉆井施工過程中讓井控設備時刻處于待命狀態。

5.3 建立健全井控應急管理制度，提升工作人員素質

隨著鉆井技術的日益提高，對鉆井從業人員理論技術水平的要求也逐步提高。因此，要注重對鉆井作業人員井控技術的培訓與加強，要求所有作業人員加強井控觀念，提高井控風險思維，增強井控風險意識，了解鉆井中各種井控事故發生的誘因和主要表現特征，以便能在鉆井施工作業中遇到井控事故做出合理處理。

此外，鉆井施工前，需要根據現場情況制定有效的應急響應機制和井控操作規范。開展鉆井作業的安全風險評估，明確鉆井施工的風險。此外，鉆井隊要定期開展井控防噴演練，以提高員工對緊急事故的響應能力，完善各種安全事故的預防措施。從事鉆井、錄井、固井、測井、井下作業生產、技術和安全管理的人員必須持有鉆井公司頒發的井控培訓合格證，硫化氫培訓合格證和HSE培訓合格證，證件不全的人員不得上崗操作。

5.4 開展鉆井井控新技術研究

為了提升井控作業施工的安全性，在油田的鉆井工作過程中，需在井控設備控制能力的基礎上，對井控工藝加以優化。在實際的使用中使用合適的壓井工藝，可以有效地控制井控事故的發生，對井控安全隱患消除起到促進作用[4]。在實際的鉆井施工中，一旦發現施工中存在的問題，就需要及時尋找問題的成因，繼而從問題的根源上找尋到保障井控安全設備應用的解決方法。

目前的井控技術已從單純的防止井控事故發生發展成為保護油氣層、防止資源破壞、防止環境污染的一項新技術，已成為后期采油作業高效低成本運營的重要保證。井控技術是保證石油天然氣井下作業安全的關鍵技術。做好井控工作，既能保護油氣層，又可以有效地防止井控事故的發生。

為解決井控裝備中存在的隱患，應研究新的壓井工藝，比如鉆井液配方研究和井控設備等壓井工藝，從而確保壓井的科學性和準確性。

6 結語

我國正處在工業化發展日益增長的新時期，對石油天然氣能源的需求量也日益增加，這就要求石油化工開采企業在保證開采量增加的同時，避免安全事故的發生，最大化油田開發的經濟效益。應用各種井控措施搞好井控安全工作，保證了井控技術的安全性，提高了石油化工企業的開采效率，為推動我國能源開發的發展提奠定基礎。