深水救援井設計

葉吉華++劉正禮++羅俊豐++姜清兆

摘 要：在充分借鑒國內外救援井設計技術的基礎上，對深水救援井設計技術進行了研究，包括救援井井位確定、井身結構設計、定向井計劃、救援井與事故經連通方案、泥漿與壓井液計劃、壓井和棄井作業以及具體的施工方案等。

關鍵詞：深水 救援井 設計 流程

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0066-01

在鉆井過程中，如果發生井噴事故，當采用常規壓井方法如鉆具循環法、硬頂法、強行起下鉆等都無法成功壓井時，救援井將被當做最后一個恢復對失控井控制的手段。目前，在救援井設計方面，國內外并沒有相關明確的標準可參照，深水井實施救援井作業的數量比較少。結合我國南海深水鉆井的需要，系統開展了深水救援井設計方法研究，為我國南海深水救援井設計提供了技術參考。

1 深水救援井設計方法與流程

在深水鉆井作業過程中，如果出現了井噴失控事故則必須恢復對油氣井的控制，所做的工作可分為五個階段：

第一階段：組建事故處理小組，收集調查事故井情況；第二階段：事故井的辨識與評估；第三階段：救援井詳細計劃；第四階段：實施救援井和控制失控井；第五階段：恢復作業。救援井設計包含在以上的第一到第三階段，主要考慮的內容包括：選擇壓井點、救援井井位選擇、定向井計劃、井身結構設計、壓井程序、地面設備要求、所需的救援井數量、棄井、其他設計。

救援井設計包含在以上的第一到第三階段，主要考慮的內容包括：選擇壓井點、救援井井位選擇、定向井計劃、井身結構設計、壓井程序、地面設備要求、所需的救援井數量、棄井、其他設計、救援井作業程序、風險分析和應對措施等。

1.1 選擇壓井點

壓井點的選擇通常要考慮的因素包括：事故井套管及井口狀況，噴出流道及管柱性能，噴出物及壓井液性能，壓井點地層可鉆性，定向限制及控制，地面及特殊設備，風險分析及成功可能性。

1.2 選擇井位

選擇救援井井位時應主要考慮問題包括：保險和規定要求地面、海床災害和障礙、硫化氫含量、海況條件（季風、流、浪及海冰）、熱輻射及羽毛狀氣流、淺層氣及海洋生物分布、地質災害、定向井和測斜考慮、平臺類型等。其要求為，宜使井眼軌跡簡單且便于施工，應便于鉆井裝置就位、供應船停靠及避開海底設施，宜位于事故井井位調查區域內，應位于事故井上風、上流處，且滿足安全作業要求。

1.3 救援井與事故井連通方案

救援井與事故井的連通核心問題包括連通方法和連通工具選擇。

就連通方法來說，救援井與事故井主要的連通方法包括鉆至套管鞋附近地層、射孔連通和鉆穿套管連通等。具體實施方法是鉆頭直接鉆入，使用酸或水擠注，水力壓裂，使用射孔槍或炸藥，側鉆等。

1.4 定向井計劃

確定了壓井點、救援井井位、連通方案后可進行定向井計劃，需要考慮造斜點、造斜率、降斜率、井眼尺寸、地層可鉆性、套管探測、測量準確性等。上部井眼尺寸大，采用較小的造斜率。全井在滿足中靶的前提下盡量使用較小的狗腿度，減少方位的調整，在上部井段提前造斜，為下部提供調整的空間。

1.5 井身結構設計

需要結合事故井的壓力預測結果以及實施結果，分析井噴原因和事故井造成地層壓力變化的情況，考慮合理的作業窗口，油氣層位置，井眼情況，平臺設備能力等確定各層套管的下深，并確認井眼尺寸。導管和表層套管尺寸參考事故井。考慮壓井的需要和作業的安全，通常推薦采用8～1/2 in井眼實現連通，為避免提前連通，連通前的一層套管鞋處事故井與救援井井眼軌跡誤差橢圓邊緣最短距離不小于10 m，應預留一層套管作為備用方案，以應對鉆達壓井點之前井段可能出現的復雜情況。

1.6 壓井設計

根據已實施救援井的匯總，其壓井方法通常包括五種：

（1）以高泵速的動態壓井方式向地層泵入輕比重流體（一般為海水），首先通過大排量對井底產生的循環摩阻和液柱壓力平衡地層壓力；再泵入壓井泥漿頂替海水轉為靜態壓井過程，最終以水泥棄井。

（2）以高泵速的動態壓井方式向地層泵入輕比重流體（一般為海水），直接轉為水泥漿棄井。

（3）根據設計計算好的排量泵入加重壓井液（泥漿或者是鹽水），地層壓力控制主要由逐步增大的質量流來平衡，而不是靠摩阻壓耗；之后泵入水泥漿棄井。

（4）根據設計計算好的排量向事故井中泵入與噴出流體起化學作用的壓井液，地層壓力通過增加的質量流和高流速摩阻壓耗來控制，之后泵入水泥漿棄井。

（5）以計算好的排量向事故井眼中泵入兩種能夠互相發生化學反應的壓井液（油類和水，硅酸鈉，水泥，聚合物和催化劑），一種壓井液通過環空泵入，另一種通過鉆具泵入，之后泵入水泥漿。

1.7 棄井

救援井與事故井成功連通并壓井后，需要對事故井進行棄井作業。若事故井具備壓井后重入的條件，則重新安裝事故井的井口，從事故井介入進行棄井，根據事故井的套管完整性情況，還應建立井筒與地層的有效封隔。

1.8 其他設計

其他設計主要包括救援井套管和固井計劃、鉆具組合設計、鉆頭選擇、泥漿和鉆井液計劃、測井計劃等。這些與常規深水定向井設計并無明顯差異。

2 結語

考慮事故井套管及井口狀況、噴出流到及管柱性能、噴出物及壓井液性能、壓井點地層特征、定向井限制、地面及特殊設備和風險分析及成功可能性，成功設置壓井點，即連通目標位置。另外，救援井與事故井的連通是成功控制井噴的關鍵，成功選取連通工具盒連通方法對救援井的設計至關重要。

參考文獻

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