鉆井井控壓井方法應急決策探討

汪光太 高魁旭 吳 虹

中國石油勘探與生產工程監督中心 （北京 100083）

鉆井井控壓井方法應急決策探討

汪光太 高魁旭 吳 虹

中國石油勘探與生產工程監督中心 （北京 100083）

通過全面分析影響壓井方法應急決策的主要因素，提出及時性、安全性、有效性和低成本為原則的壓井方法選擇依據，初步架構井控壓井方法決策流程，有助于增強關井后的早處理意識和提高鉆井井控全程應急管理能力。

井控 應急管理 壓井決策

隨著油氣勘探鉆井越來越深、環保要求越來越高，高壓、高含硫、高危的“三高井”比例逐漸增加，特別是氣井鉆井數目的日益增多，使得在鉆井過程中壓井難度也明顯增加。

鉆井井控壓井環節是井控突發事件的一個風險源。要防止井噴事故，首要環節就是要及時發現溢流險情，并立即關好井，但關好井并不意味著安全。在生產實際中，進行多次同方法重復性壓井作業，還不能有效控制和排除溢流的實例并非個別，更危險的是不少井噴事故是在關井后的壓井作業期間發生的。據不完全抽樣調查統計，在關井后的壓井作業期間因壓不住井、不能有效控制和排除溢流而導致發生井噴事故的井占所有井噴失控事故井的比例一度達到40%以上。

1 鉆井井控壓井可選方法

壓井作業是鉆井井控的關鍵環節。壓井作業在某種意義上雖然屬于設計變更管理的范疇，但不僅僅是調整鉆井液密度，往往還會牽涉到優選壓井方法、方案的問題。

一提到壓井，人們最常想到的是司鉆法壓井(即鉆井承包商法壓井)、工程師法壓井(即等待加重法壓井)。井控操作培訓和模擬器上壓井模擬也常以這2種方法為主，但現場情況復雜多變，有時采用常規的司鉆法壓井或工程師法壓井并非最佳，甚至不能達到壓井目的，而需要采用其它如下井控壓井方法和相應配套措施。

正循環司鉆法壓井（即常規司鉆法壓井）；

正循環工程師法壓井（即常規工程師法壓井）；

反循環司鉆法壓井；

反循環工程師法壓井；

循環加重法壓井；

壓回法壓井（擠壓法、平推法、硬頂法）；

置換法壓井；

立管壓力控制法；

體積控制法；

低節流壓力法。

作為排除溢流的壓井作業這一環節，技術是最復雜的，難度也相當大，易發生井噴失控事故。在實際井控壓井應急決策中如何優選方案，顯得尤為重要，這就需要熟悉各壓井方法的適宜條件、主要影響因素，分析不同的井況、工況，才能做出有效決策。

2 壓井方案應急決策的影響因素

發生各種溢流、井涌關井時的情形不盡相同，有時會遇到諸如溢流中含硫化氫、井漏、鉆頭不在井底、空井等工況，以下都是在確定壓井方法、方案時值得考慮的因素，其中有些甚至是決定性因素。

2.1 硫化氫（H2S）

硫化氫是一種劇毒、可燃氣體，H2S溶于水后便立即電離呈酸性并具有腐蝕性，H2S水溶液與鋼材發生電化學腐蝕后會釋放出氫，被鋼吸收的氫原子，可使高強度管材產生氫脆現象而立即損壞，特別是管子處于拉伸狀態有應力集中時，更易發生脆性破壞。

如果預計硫化氫分壓大于0.3kPa時，套管、鉆柱等其他管材和地面設備、工具就應考慮抗硫特性。雖然控制鉆井液pH值在9.5以上和采用除硫劑，可以減少出現游離硫化氫的可能性，但存在大量硫化氫侵入時，采用常規方法把含硫化氫氣體循環出去還是存在安全隱患。同福6井就是在因漏而噴后，長時間堵漏壓井而未壓住，溢出氣體中硫化氫濃度太高，使鉆具因腐蝕而斷裂落井，最后被迫注快干水泥封井。控制含硫化氫的溢流壓井，理想的辦法是將硫化氫壓回到地層中。

2.2 井漏

在鉆井過程中發生井漏，會引起井內液面下降，使環空液柱壓力降低而不能平衡地層壓力，可能使較高地層壓力中的流體進入井筒，誘發溢流或井涌，導致上噴下漏或噴漏同層。當鉆至高壓油氣水層發生溢流、井涌、井噴，可能會因關井壓力太高或采用較高密度的鉆井液壓井，導致上部低壓地層發生井漏，形成下噴上漏。

噴、漏層位的相互位置關系和堵漏、止噴的先后性都會影響壓井方法的選擇和壓井方案的決策。實踐表明反循環堵漏壓井同時作業法的成功率是最高的。

2.3 空井

如果是在空井溢流后關井，意味著井內沒有常規壓井所需的壓井循環通道，必須采用特殊方法降低井口套壓，以利于強行下鉆，或者直接排除井口套壓。

2.4 井內鉆柱的鉆頭位置

鉆頭與溢流層位、溢流物在井筒中的相對位置對壓井程序和方案的選擇也會產生影響，比如溢流物在鉆頭之下，是采用壓回法，還是先采用常規壓井法打重漿帽，再強行下鉆或敞口下鉆，就要全面綜合考慮井口設備配套、套壓、有無硫化氫、有無漏失等多方面情況。

2.5 循環通道

正常的循環通道是實施有效井控和后續鉆井作業的必備條件。不但內防噴工具、水眼堵塞等會影響壓井方法的選擇，還會增加井控的難度。假如下部鉆柱組合中接有止回閥而沒有配套措施，那反循環法就會受限；如噴漏同存壓井時，就要考慮到堵漏材料對鉆頭噴嘴的潛在影響。

2.6 套壓

套壓是壓井過程中非常重要的監控指標，在全面掌握地面防噴器額定工作壓力、套管的抗內壓強度和裸眼段地層最小地層破裂壓力的基礎上，確定最大關井壓力，同時要考慮不同的壓井方法、方案對套壓升高值的影響，以便預留足夠的套壓安全余量。

2.7 立壓

立壓是選取壓井方法的重要參考指標。如在鉆頭接近井底、無井漏而立壓為零的情況下，可以立即采取司鉆法，節流循環檢查溢流或排除侵入流體。

2.8 套管下深

當套管下深較大時，有時可使最大關井套壓得到提升，在裸眼井段比較短的情況下，更有利于選用壓回法壓井。例如，有的油田就明確規定：對于技術套管下到油氣層頂部的井(不包括淺氣井)，最大關井壓力可不考慮套管鞋處的地層破裂壓力。這有利于采用壓回法將含硫化氫的井內溢流物擠回地層。

2.9 壓井準備時間

如果壓井作業準備時間太長,對于氣侵或氣油比較高的油侵，易使低密度氣體滑脫上升，而使井口壓力增加到安全極限。為防止憋裂套管或憋漏地層，就要被迫放噴泄壓,高壓放噴泄壓易刺漏地面設備和管線，同時造成溢流進一步增多、甚至產生井眼坍塌,增加井控難度。在選擇壓井方法時就應有預見性,及時采用司鉆法有效排除溢流，防止井口壓力過高。

2.10 加重材料儲備

加重材料儲備不足，會延長壓井作業準備時間，而產生相應的不利因素，影響井控方案的決策和實施。鉆井作業過程中必須在現場按設計要求準備足夠的加重鉆井液和儲備足夠的加重材料，應避免本應儲存在井場的加重材料分片集中儲存。

3 壓井方法選擇原則

鉆井實踐表明，只有堅持早發現、早關井、早處理的鉆井井控工作思路，才是確保二級井控成功、恢復后續正常鉆井作業的關鍵。特別是諸多不利因素會影響到壓井方法的選擇，在井筒實施有效關井后，要盡早實施壓井處理。考慮井中狀況的差異性，綜合分析各種因素對壓井作業的影響，按照壓井處理的及時性、安全性、有效性和低成本原則來選擇相應的壓井方法顯得尤為重要。

3.1 及時性

壓井處理的及時性一方面體現在要有壓井處理預案，這在開鉆前就要制定好，納入現場井控應急處理范疇，避免臨時決策而延誤處理時間。及時性另一層含義是指所選壓井方法在有效關井后可以立即付諸實施，不必等待。例如，在可采用司鉆法和工程師法壓井的條件下，合適密度的壓井鉆井液還未配好，就不應等待，優先采用司鉆法壓井。

3.2 安全性

安全性是任何工程作業的首要考慮因素。對于壓井作業的安全性主要涉及到以下幾個方面：

（1）硫化氫：如硫化氫濃度太高、溢流量大，應考慮對鉆柱、地面設備的潛在破壞性，將溢流壓回地層應是首選。

（2）壓井過程中井底壓力：在壓井過程中，作用于井底的壓力應始終保持相對穩定，并能平衡地層壓力。

（3）壓井過程中井口壓力：壓井套壓不得超過井口裝置和套管的安全允許值。

（4）地層漏失：確保壓井過程不會引起壓裂裸眼段薄弱地層而導致發生嚴重的地層漏失。

3.3 有效性

所采取的壓井方法要在排除地層侵入流體、降低或消除井口壓力方面見到實效，避免放噴引起溢流增加、井控復雜化和井眼坍塌的危險。

3.4 低成本

在滿足上述條件下，要采用低成本策略，選擇施工難度小、壓井作業本身耗時較少、鉆井液損失盡量小的方法方案，力爭使關井至排除溢流止的時間最短，這對于復雜地層和氣體溢流顯得尤為重要，可以減少井下復雜，避免因長時間關井、氣體滑脫上升而造成的井內異常高壓。

4 井控壓井方法方案應急優選

井控壓井方法方案的選擇是關系到鉆井井控壓井成敗的重要因素。正是由于關井以后，井況條件的復雜性，涉及到多方面的影響因素，要成功壓井，有時靠一種壓井方法是不夠的，而需要采用幾種方法及其配套措施，這就要有預定的程序方案。

在確定壓井方案時，對于不同的影響因素，按上述原則來優選井控和壓井方法時，還要考慮相應的配套措施（見表1），同時遵從一些優先選用的基本原則，即在安全性優先基礎上，還要考慮井底常壓法優先、司鉆法優先、反循環優先和避免暢噴原則，其實井底常壓法優先、司鉆法優先、反循環優先和避免暢噴原則本質上與安全法優先是一致的。

安全性優先：即壓井方法的安全性要先于及時性、有效性和低成本原則來加以比較、考慮。

井底常壓法優先：能采用井底常壓法壓井，即能確保壓井時井底壓力過平衡地層壓力，并保持井底壓力相對穩定時，絕不采用井底欠壓的方法壓井，而引起新的溢流侵入。

司鉆法優先：指當合適密度壓井液還需配制或數量不夠時，不再等待采用工程師法壓井，而直接優先采用司鉆法壓井。

表1 井控壓井方法首要考慮因素與方法優選及其配套措施

反循環優先：現場實踐表明，在井下發生漏失且漏速較大時，采用反循環堵漏壓井同時作業法比采用正循環的堵漏壓井方法效果更明顯、成功率更高，可實施反循環堵漏壓井時應優先采納。

避免暢噴原則：有預見性地采取節流泄壓的井控方法，絕不采用暢噴放噴方法，避免井壁坍塌、埋卡鉆柱。

根據以上壓井方法選擇依據和以安全性為基礎的優選原則，橫向上按井中鉆柱的有無和相對長度，縱向上綜合考慮其他制約條件和配套措施，可以基本形成如圖1所示的井控壓井方法決策流程，從而為制定預案和鉆井井控壓井方法應急決策提供有力支持。

5 建 議

通常在鉆井現場，強調最多的就是盡早發現溢流、及時進行關井操作。通過早發現、早關井措施對預防井噴事故的發生取得明顯的成效。然而，對關井后如何早處理強調的少，重視也不夠，不少井噴事故就是在正確的關井后發生的，甚至有些井在實施壓井作業未成功后不得不進行封井處理。如何避免關井后還沒有準備好壓井的條件，井內的狀況就已惡化，甚至喪失有利的壓井戰機，這不但要求在平時必須隨時做好能立即壓井的準備工作，而且要強化井控全程應急管理工作，特別是井控壓井方法的應急決策。

（1）首先，在開鉆前應根據所鉆區域的地質條件和勘探開發狀況，不但要制定好一級井控的保證措施，還應制定適用于本區塊的二級井控應急預案，明確壓井措施和優選壓井方案，避免井控壓井過程中的等(方案)、靠(上級)、要(支援)，使壓井準備工作提升到能“立即壓井”的準備高度。

（2）重視現場壓井作業的監督管理，明確井控壓井方法、方案決策人，避免多頭管理。

（3）對于井控壓井方法方案的選擇應堅持把安全性作為第一優先原則。

（4）對于井漏速度較大的壓井，在無其它限制情況下，應優先采用成功率高的反循環堵漏壓井同時作業法。

（5）在可用工程師法壓井，但不能立即實施時，應優先采用司鉆法壓井。

[1]吉永忠,高強,蘭霞,等.對同福6井上噴下漏處理的認識[J].鉆采工藝,2003,26（5）:98-100.

[2]馬宗金.總結經驗教訓提高天然氣井鉆井井控能力[J].鉆采工藝，2004,27（4）:1-5.

[3]孫振純,夏月泉,徐明輝.井控技術[M].北京:石油工業出版社,2005.

The bases of selecting well-killing methods are put forward through analyzing the main factors of influencing emergency decision,and they are timeliness,safety,effectiveness and low cost.Preliminary well-killing decision-making framework is constructed,which is helpful to enhance early treatment awareness after shut-in and improve entire emergency management capacity in well control process.

well control;emergency management;well-killing decision

汪光太（1966-），男，高級工程師，先后從事水平井技術研究、工程技術服務、監督技術管理工作。

尉立崗

2012-09-10▌