淺氣層井井控特點分析及預防對策研究

陶加奇

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411）

1 概述

鉆井施工工藝的高速發展中，面臨各類疑難井況問題或井控問題，針對淺氣層井實施井控的技術水平也獲得了進一步優化。然而在實際施工當中，部分工程技術人員會出現疏忽大意的狀況，在應對淺氣層井控制中未采取有效預防措施，進而導致井涌或井噴事故的產生。淺氣層井顧名思義存在于較淺的地層當中，故其鉆井液柱壓力以及地層平衡壓力也相對較低，鉆采當中產生的氣體進入礦井后極其容易產生地層失衡問題。當地層和井之間的平衡被破壞時，礦井內氣體將會經由井口迅速噴出，在到達地面井口后疏松軟土地基將會產生地層沖擊和噴出事故，導致泄露問題產生，管理風險將因此增大。

2 淺氣層井成因及井涌井噴的主要特點

施工當中的淺氣層氣井所具有的特征為低埋藏深度、儲量低，在目前已有的技術條件下商業開采價值不理想的儲層。淺氣層一般在地質層位中居于上第三系和第四系等較淺的地層當中。在實際開采當中，國內外的大部分海灣區塊和長期開發油田、海洋大陸架地區鉆井施工中經常會遭遇淺氣層[1]。

2.1 淺氣層的成因

在通常情況下由于地層沉積速度較大，在沉積過程中地層壓力未能得到全部釋放，快速沉積行為導致了淺氣層井的形成。對于大部分的沉積井來說，其埋藏深度低，體積緊密導致井內壓力大，能量的瞬間釋放導致井況難預測性，鉆井施工將會面臨更大的風險。

2.2 淺氣層井中井涌發生特點

淺氣層的敏感度對井內靜液柱壓力響應較為敏感，在淺氣層地層中實施起下鉆施工活動過程中，會產生井筒內柱壓力出現不平衡的情況，導致氣體進入井眼，故采用拔活塞或起鉆抽吸活動，時間只有若干分鐘的間隔，在這樣短的時間內，有效控制措施執行難度較高。

在淺氣層井開發中產生井噴事故時通常具有較高的處理難度，地層疏松以及淺層氣埋藏較淺等特性會造成套管處地層承載壓力的能力較差，在關閉地層時很容易導致地層憋漏，造成地下井噴狀況的產生，同時也容易導致地表破裂，造成井噴，威脅周邊環境和人員的生命安全。同時由于難以對井口進行控制，會導致井噴的處理難度大于常規井。

在淺層氣井中產生井涌時，通常事故范圍會較大。因為淺層氣井噴發會造成井內泥漿迅速清空，造成井眼報廢或井口塌陷以及進一步失控事故的發生，并造成火災對鉆井設備的損壞。若氣體從井口周邊地面噴出，將會導致鉆機整體下陷等其他嚴重問題。

淺氣層在實際施工當中難以及時預測，經常在無預兆的情況下突然出現。目前已有的淺氣層井預測方法還存在缺陷，無法準確預測。部分國外公司在進行鉆井時即便地層資料中未顯示淺氣層，同樣需要完成安裝分流器。而我國的井口控制裝置經常無防噴器的限制，在溢流產生時，很容易產生范圍較大的溢流[2]。

3 淺氣層的檢測

在施工過程中檢測淺氣層并探究其對鉆井可能產生的風險，需要在進行鉆井液設計和確定套管程序之前，確定地下是否存在淺氣層。目前使用的淺氣層預測方法為高分辨地震數據預測法。目前已經有預測深達900m 淺沉積剖面的淺氣層預測技術以及新型地球物理設備。一些高分辨率的電弧地震勘測技術與亮點分析技術有助于預測淺氣層。電力機動淺層剖面儀的最佳分辨率可達120m,這種設備能給出有關活動的和非活動的儲氣層的資料。水柱氣泡檢測儀可以發現氣體滲漏,這種滲漏是淺層含氣的直接顯示。無泡電火花測量儀可進行沉積速度分析并能提供深度達300m的活動與非活動的氣體儲層情況[3]。

上述測量可在實際施工當中同時進行，此測量方法被稱為多重探測。其他探測法還有:繪制探測圖的水深掃描、測面掃描聲納，它們能顯示出水底的各種不規則的情況及海底的堆積層。除此之外，還有各種磁力表、調諧傳感器、剖面儀等。上述提到的探測手段在實際應用當中可具體分析井位地質狀況后實施采用，然而在相當大的程度下，只有確定到鉆探氣層的位置才能真正確定到淺氣層。為應對實際的淺氣層井施工狀況必須對井下狀況密切監控，以下幾點是值得參考的[4]。

（1）溢流測定是鉆井設計時的必要步驟，主要步驟為對附近井的狀況實施分析對比，標定有概率遇到的壓力化地層和含硫氣體地層、漏失層以及情況復雜的地層。

（2）鉆井過程當中，為判斷溢流狀況，需要依據井上的間接顯示或直接顯示，熟悉井下溢流的形成原因，加深對溢流的發生發展過程認識，利用恰當設備對液柱壓力驟然減少實施測定，采用適宜設備以及技術檢測地層在開采當中容易產生的瞬時化地層增加，可準確識別地層壓力與靜液壓力二者之間失去平衡的先決狀況。

（3）溢流產生以及發展并不是瞬間完成的，而是存在一定過程的。鉆井人員對于潛在溢流情況或潛在溢流事故產生，必須實施觀察和分析。鉆井施工者必須對井下狀況實施密切監控，針對有可能產生的井控問題，必須有效監測地面壓力和溢流狀況，控制井內異常狀況產生的概率，控制溢流產生的危險性。

4 預防淺氣層井涌井噴的主要對策

4.1 選取合理的鉆井液密度

選取合理鉆井液密度的要義是防止淺氣層井的井噴和井涌事故，其產生原因是鉆井時液柱壓力產生明顯波動，地層壓力平衡被破壞。實際施工當中必須強化已完鉆開發井和探井的施工情況，準確分析井下情況，統合測井資料和錄井資料，針對地層孔隙壓力與破裂壓力實施技術指標監控，令鉆井液達到平衡地層壓力的效果，規避地層壓漏等狀況[5]。

4.2 井身結構優化

在淺氣層井鉆井開展中引起井噴、井涌的重要原因是抽吸速度太快。為有效降低礦井控制風險，應加強礦井結構的合理優化，避免鉆井速度過快。根據油田淺氣層測井結構調查，將包括淺氣層在內的井段測井改為三開孔測井，不僅能有效地避免鉆井抽水現象的發生，而且能有效地控制整個礦井液柱壓力大小，這樣就可以提高采掘生產效率。

4.3 優化鉆具組合

在淺氣層井，鉆井施工開展中不同的鉆具也會產生不同的施工效果。為減少鉆進和抽吸的發生，與采用垂直鉆具組件相比，采用全鉆工具組件或帶有更多螺紋支撐的擺動鉆具組件取代垂直鉆具組件。采用210mm 的方管接頭，可取代214mm 螺旋扶正器，使抽吸現象最小化。

5 淺氣層井噴、井涌的處理方法

5.1 關井

在淺氣層井產生井噴、井涌事故時，需要對井口情況實施判斷，觀察其極限壓力的數值和位于表層套管下部的深度。實施關井時必須依據實際施工狀況進行，需要在關井環節施工中對套壓完成觀察，保障極限套壓在可控范圍內，以避免施工區域地層被壓裂，造成事故進一步發生。鑒于在淺氣層井產生井噴事故當中會有大量氣體產生，完成關井后井內壓力會有一個上升的過程。施工人員應當細致觀察井口壓力以實現對井內套壓的判定。若套壓具有升高狀況，則證明井內氣體有上升趨勢，在井內壓力趨近極限套壓時，應當針對該井實施降壓處理，所采用的方法一般包括容積法或立管壓力法，讓井身保證完整性[6]。

5.2 分流

在臨界壓力大于套管層可承受壓力時，為保障安全，必須采用轉換措施進行分流。在表層套管在地層中距離較淺時，氣體沿井口附近地層受到擠壓作用時切忌關井，以規避井筒充氣壓力過高導致爆炸事故發生，而應當關閉泥漿池出液管。為確保回井控制整體效果，需要根據正常工作操作流程，對放噴裝置進行裝配，用分流手段對地層下的噴發問題進行解決。若分流器未安裝或已被拆卸下來，就需要開啟節流管，讓環形防噴器和節流管分開液流。由于節流管體積較小，故一部分背壓力會被分流到地層當中，此部分被分流的壓力不會對地層完整性進行破壞。若侵入地層的氣體性質為有毒害的（如含硫氣體），將可能會造成周邊環境污染，此時必須在1h內進行尾氣點燃以保證周邊群眾生命安全與環境安全[7]。

6 結語

淺氣層井鉆井施工流程中，每一環節技術人員都應當施加高度重視，從一次井控出發，完成工程充分準備并提升淺氣層井井控防范關注度，以有效對現場施工環境進行監控，及時發現存在的各類問題。防范溢流是井控環節當中最為關鍵的一個部分，井隊施工隊伍必須對油氣層鉆井井控技術進行嚴格執行，避免麻痹大意等思想情緒的產生，在溢流事故發生初期就應當做好關井措施，對疑似溢流的事故前兆及時預警，對井控險情進行控制以實現控制淺氣層井噴的最終目標。一些施工場地中區塊含有淺氣層井，在施工中必須高度重視并對鉆井液液柱壓力實施利用，讓其和地層壓力形成平衡狀態并對鉆井液性能和井體結構進一步優化，在保障施工工期的條件下控制鉆井液粘度。依據區塊條件特征，可選用移除扶正器的鉆具組合，以避免抽吸起鉆等狀況的產生，將淺氣層井井控風險控制在可調節范圍內以保障鉆井工程的進一步發展。